Brevet FR2527737A1 — publié le 19831202

Dispositif d'actionnement quart de tour. La présente invention concerne un dispositif d'actionnement (appelé ci-après simplement "actionneurs") de vanne quart de tour. La commande à distance de vannes dans des conduites est un problème de plus en plus important dans de nombreux cas et il est résolu dans la pratique au moyen d'un actionneur quart de tour c'est-à-dire un actionneur qui fait tourner la tige de vannes sphériques, papillons ou autres d'un quart de tour depuis la position de pleine ouverture jus qutà la position de pleine fermeture. De tels actionneurs peuvent être commandés électriquement ou pneumatiquement et on préfère généralement les actionneurs à commande pneumatique. C'est un but de la présente invention de procurer un actionneur de vanne quart de tour pneumatique peu coûteux, efficace et extrêmement résistant à la corrosion pour tenir compte des conditions défavorables dans lesquelles ces actionneurs sont souvent utilisés. Selon la présente invention, un actionneur quart de tour comporte un corps définissant deux cylindres disposés côte à côte, un Eiston ?.n chaqu cylindre sur un côté duquel se trouve un évidement dans lequel est prévue une cr4mail- ibère, un pignon monté dans le corps et engrenant avec les crémaillères sur les pistons, des moyens pour alimenter ces cylindres en air comprimé et un système de distribution d'air raccordant chaque extrémité de chaque cylindre à l'autre extrémité de l'autre cylindre, le piston ayant un corps en matière plastique. La présente invention proposé également un actionneur quart de tour comportant un corps définissant deux cylindres disposés côte à côte, un piston dans chaque cylindre sur un côté duquel se trouve un évidement dans lequel est prévue une crémaillère, un pignon monté dans le corps et engrenant avec les crémaillères sur les pistons, des moyens pour alimenter ces cylindres en air comprimé et un système de distribution d'air raccordant chaque extrémité de chaque cylindre à 1' autre extrémité de l'autre cylindre, au moins un piston présentant un alésage borgne s'étendant d'une extrémité du piston en direction de l'autre extrémité, et un ressort disposé dans l'alésage et agissant pour rappeler le piston vers la première extrémité de son cylindre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de plusieurs réalisations préférées, en liaison avec le dessin joint sur lequel la figure 1 est une vue explosée d'un actionneur selon lin- vention la figure 2 est une vue en élévation du corps principal de l'actionneur ; la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2 la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2, la figure 5 montre des détails d'une variante de la réali sation de la figure l ; la figure 6 montre schématiquement les passages d'air entre les deux extrémités du corps de l'actionneur selon la disposition de la figure 4 la figure 7 est similaire à la figure 6, mais utilise la variante de la figure 5 les figures 8, 9 et 10 montrent divers colliers pouvant être utilisés dans différentes réalisations de l'invention la figure il est une vue en bout d'un piston de la réalisation de la figure l ;; la figure 12 est une vue en élévation latérale du piston de la figure Il la figure 13 est une vue en coupe selon la ligne XIII-XIII de la figure Il les figures 14 et 15 sont respectivement des élévations frontale et latérale de pistons modifiés la figure 16 est une coupe selon la ligne XVI-XVI de la figure 14 la figure 17 est une coupe selon la ligne XVII-XVII de la figure 16 la figure 18 est une vue en élévation d'un pignon central de la réalisation de la figure 1 les figures 19 et 20 sont respectivement une vue en élévation et une coupe longitudinale d'un pignon central modifié la figure 21 est une vue en élévation d'une plaque terminale utilisée dans la réalisation de la figure 1 ; et, les figures 22 et 23 sont des vues en coupe selon les lignes XXII-XXII et XXIII-XXIII de la figure 1, respectivement. On se reporte maintenant à la figure 1 du dessin ; un actionneur quart de tour selon la réalisation préférée de la présente invention comporte un corps 10 dans lequel sont formés deux cylindres parallèles 11 et 12, deux pistons 13 présentant chacun sur un c8té un évidement 14 dans lequel est prévue une crémaillère 15, un pignon central 16 engrenant avec les crémaillères 15 et logé dans le corps 10 dans un alésage transversal 17 coupant les deux cylindres 11 et 12, et des plaques terminales avant 18 et 19, et arrière 20 et 21, qui servent à fermer les extrémités des cylindres. Dans cette réalisation préférée, le corps est une simple pièce moulée de précision en résine époxyde chargée de verre, et les cylindres sont doublés de tubes ou fourrures 25 en époxyde à enroulement de filaments de verre imprégnés de polytétrafîuoroéthylène, comme on le voit sur les figures 2 à 4. Dans cette réalisation, deux courtes fourrures 25 sont montées dans chaque cylindre ; on peut également utiliser dans chaque cylindre une seule fourrure sur toute la longueur, celle-ci étant alors encochée pour laisser passer le pignon central 16. Les fourrures 25 peuvent être fixées en position après coulée du corps principal 10, mais elles sont de préférence positionner dans le moule de coulée et de ce fait moulées en position avec le corps principal.Les fourrures 25 des cylindres sont produites sur des mandrins à poli très poussé, assurant une précision dimensionnelle élevée et un excellent fini de surface. Les autres caractéristiques souhaitables des fourrures en époxyde sont leur très grande résistance ; une fourrure. typique peut résister à une pression interne de 300 bar, tandis que la pression de fonctionnement prévue est seulement de 7 bar. La résistance des fourrures Z5 est telle qu'elle protège le corps en époxyde 10 des pressions internes de sorte que le corps ne sert en fait qu'à positionner les autres composants dans leurs positions relatives appropriées. On doit également noter qu'au moins la couche interne de chaque fourrure de cylindre est imprégnée de polytétrafluoroéthylène, ce qui permet à l'actionneur de fonctionner dans un air complètement sec. Bien entendu, il n'est pas nécessaire d'utiliser des tubes en époxyde comme fourrures, et des tubes métalliques classiques donnent également satisfaction. Le pignon central 16 est classique en ce sens qu'il est simplement usiné dans un barreau massif de métal ; comme on le voit sur la figure 18, il présente à chaque extrémité une surface de palier 30 et un carré male d'entraînement 31. Les surfaces de palier 30 coopèrent avec des colliers 32, dans cette réalisation en acier inoxydable, montés dans le corps 10 comme il sera décrit plus en détail ci-après. Les deux pistons 13 sont en fait identiques et portent à chaque extrémité un segment de piston et un segment de portée en acétal logés dans des gorges 35 et 36 (figures 11 à 13). Les segments de portée ayant le plus grand diamètre possible sont nécessaires pour absorber les charges latérales et les mouvements d'inclinaison provoqués par le système de pignon et de crémaillères. Dans un côté de chaque piston est formé l'évidement 14 dans lequel est prévue une crémaillère 15. Le corps du piston est creux, un alésage borgne excentré 40 s'étendant d'une extrémité du piston 13 presque jusqu'à l'autre extrémité. Un barreau 41 est disposé au centre de l'alésage 40 et est vissé dans un trou dans l'extrémité fermée du piston 13 et s'étend presque jusqu'au plan de l'extrémité ouverte du piston. Le piston des figures 11 à 13 est de réalisation classique et exige, soit un usinage important, soit un investissement coûteux en outillage pour un moulage sous pression. Par ailleurs, si, comme il serait normal, le piston est en aluminium, les dents de crémaillère devraient alors nécessairement être en aluminium. Pour éliminer ces inconvénients, on a étudié une réalisation préférée du piston 13, laquelle est représentée sur les figures-14 à 17. Ce piston modifié 13 -a les mêmes caractéristiques extérieures que le piston des figures 11 à 13, c'est-à-dire les gorges 35 et 36, l'alésage 40, le barreau 41, l'évidement 14 et la crémaillère 15 (ici en deux longueurs espacées), mais la réalisation est entièrement différente. La paroi 45 du piston 13 est coulée en époxyde et porte un disque métallique 46, formant la tête de piston et sur lequel est monté le barreau 41, et un tube de renforcement 47 qui peut être, soit métallique, soit en matière plastique à.enroulement filamentaire. Le disque 46 et le tube 47 peuvent être, soit moulés in situ, soit ajustés ultérieurement, au choix. Dans cette forme de piston, la crémaillère comporte deux courtes longueurs de crémaillère en acier standard. I1 est bien entendu que les longueurs de crémaillère peuvent être mises en place lors de la coulée ou peuvent être ultérieurement fixées par collage dans des évidements dans le piston coulé. La plaque terminale 19 est métallique et est fixée par six boulons 50 sur la face frontale du corps -10. Deux trous 51 et 52 sont situés au dessus de chaque cylindre ; dans chaque trou se trouve une pièce rapportée taraudée, respectivement 53 et 54 et les trous 51 sont coaxiaux aux barreaux 41 des pistons. Les pièces rapportées 53 portent des butées réglables qui coopèrent avec les barreaux 41 pour limiter le déplacement des pistons et en conséquence l'angle dont tourne le pignon 16. Les butées réglables constituent une méthode simple pour s'assurer, non pas tant que le pignon tourne de 90S, mais plutôt qu'il tourne de 9o entre la position de pleine ouverture et la position de pleine fermeture d'une vanne commandée par l'actionneur.Les pièces rapportées 54 sont prévues pour être raccordées à des canalisations d'air comprimé extérieures. Deux autres trous 55 et 56 sont prévus dans la plaque 19 et sont alignés avec des passages 57 et 58 traversant le corps 10, tandis que des trous 60 et 61 sont également prévus en alignement avec les cylindres respectifs 11 et 12. La plaque terminale 20 est similaire à la plaque 19, sauf que des pièces rapportées filetées sont introduites seulement dans les trous coaxiaux aux barreaux 41 et seulement si on le désire pour monter des détecteurs de proximité qui, en coopérant avec les barreaux 41, peuvent donner une indication de la condition de fonctionnement de l'actionneur pour savoir si la vanne commandée se trouve dans la position d'ouverture ou dans la position de fermeture. Les plaques terminales 18 et 21 sont des pièces moulées en époxyde et sont très similaires, la différence étant que la plaque 21 contient, pour chaque cylindre, un seul trou aligné avec le barreau 41, tandis que la plaque 18 contient deux trous. Les pièces rapportées passent à travers les trous dans les plaques 18 et 21 et des écrous de blocage 65 coopèrent avec les filetages extérieurs sur les pièces rapportées pour fixer en place les plaques terminales 18 et 21. Des vis supplémentaires peuvent être prévues, si on le désire.On peut voir que les plaques 19 et 20 procurent la résistance nécessaire pour absorber l'impact des pistons à la fin de leur course, tandis que les plaques 18 et 21 procurent une surface terminale "nette" et enferment et protègent efficacément les plaques 19 et 20 et les boulons 50 de telle sorte que ces composants peuvent être en matériau peu coûteux plutôt qu'en acier inoxydable résistant à la corrosion coûteux. Les plaques terminales 18 et 21 servent, en outre, à la distribution de. l'air. En revenant brièvement sur la figure 1, on peut voir que, en appliquant de l'air comprimé aux extrémités opposées des cylindres respectifs 11, 12, les pistons 13 se déplacent dans des directions opposées pour exercer des couples similaires sur le pignon 16. Comme on désire ne fournir de l'air comprimé qu'à une extrémité de l'actionneur, il est nécessaire de prévoir un système de distribution d'air d'une première extrémité d'un cylindre à l'extrémité opposée de l'autre cylindre. Ce système de distribution est prévu dans les plaques terminales 18 et 21 et par les passages 57 et 58 traversant le bloc. Les figures 21 à 23 montrent des détails des passages dans la plaque 21. Deux rainures 70 et 71, entourées par des joints, sont prévues sur la surface intérieure de la plaque 21. Un passage 72 conduit d'une extrémité de la rainure 71 à un alésage 73 qui revient à la surface de la plaque. La même extrémité de la rainure 70 communique avec 1 'arrière du cylindre 12 par l'intermédiaire du trou 61R dans la plaque 20, tandis que l'alésage 73 communique avec le passage 57 qui traverse le corps 10 jusqu'à l'autre extrémité de celuici et est en correspondance avec le trou 55 dans la plaque 19, puis de là avec l'alésage 73, le passage 72, la rainure 71 dans la plaque 18 et à travers le trou 60 à l'autre extrémité de la rainure 71 jusqu'à l'extrémité avant du cylindre 11. De la même manière, il y a communication entre l'extrémité avant du cylindre 12 et l'extrémité arrière du cylindre 11 par l'intermédiaire de la rainure 70, du passage 75 et de l'alésage 76 dans la plaque 18, du passage 58 dans le corps 10, de l'alésage 76 et du passage 75 dans la plaque 21 et a' travers le trou 60R dans la plaque 20. Ce système de distribution d'air est représenté schématiquement sur la figure 6. Les passages d'air 57 et 58 sont situés dans le corps pour coopérer avec les colliers 32 (figures 2, 3 et 4) dans lesquels sont positionnées les surfaces de palier 30 du pignon central 16. Les colliers 32, que l'on voit mieux sur la figure 8, ont une gorge circonférentielle 80 et un tube 81 dans chaque passage coopère avec cette gorge et bloque le collier 32 en position. Bien entendu, le blocage des colliers 32 positionne de façon certaine le pignon 16. Une variante ne comporte pas de tubes et les colliers ont la forme de la figure 9 dans laquelle des gorges 83 de part et d'autre de la gorge 80 reçoivent des joints toriques d'étanchéité. Bien entendu, dans ce cas, il est nécessaire de fixer les colliers en position par d'autres moyens, par exemple par collage ou par des vis de blocage. Les colliers des figures 8 ou 9 peuvent être utilisés avec une variante du système de distribution d'air illustrée schématiquement sur la figure 7. Dans le système de la figure 7, les liaisons d'un côté'dru corps 10 à l'autre côté s'effectue par les gorges 80 dans les colliers plutôt que par l'intermédiaire des rainures 70 et 71 dans une plaque terminale. Les détails correspondants dans le collier 32 sont représentés sur la figure 5 et on voit clairement que les passages 57 et 58 et les plaques terminales exigent des modifications. Une autre variante du système de collier consiste à prévoir à une extrémité du pignon 16 un collier lisse et à l'autre extrémité un collier à deux gorgets, comme on le voit sur la figure 9. Dans ce cas également, les passages d'air à tra wers le corps 10 et les plaques terminales exigent des mo difications pour se conformer aux principes des figures 6 ou 7-. Xe fonctionnement des réalisations décrites est évident. De l'air cowpramé appliqué à l'avant de l'actionneur sur une extrémité d'un cylindre est amené par le système de distri potion d'air à l'autre extrémité de l'autre cylindre, d'où il résulte que les pistons exercent un couple équilibré sur le pignon et de ce fait sur la vanne à commander. L'actionneur reste dans cette position jusqu'à ce que de l'air comprimé soit appliqué sur l'extrémité avant de l'au- tre cylindre (et par l'intermédiaire du système de distribution d'air à l'extrémité arrière du premier cylindre) pour ramener l'actionneur à son état d'origine. Dans de nombreuses applications de l'actionneur, cette simple opération est suffisante, mais il existe également des applications dans lesquelles il est nécessaire de s'assurer qu'en cas de panne de l'alimentation en air comprimé, l'actionneur revient automatiquement à une condition spécifiée, par exemple que la vanne à commander par l'actionneur doit être fermée. Dans les réalisations décrites, ceci s'effectue simplement en disposant dans l'alésage 40 des pistons des ressorts de compression qui, agissant entre une plaque terminale et le piston, repoussent les pistons dans la direction opposée et de ce fait le pignon central dans un sens, à savoir le sens fermant la vanne. Avec les ressorts disposés à l'intérieur des pistons, il est relativement aisé d'obtenir une caractéristique de ressort satisfaisante, à savoir une force suf fisante Lorsque le - ressort -est est détendu pour maintenir la vanne complètement fermée, par exemple, sans qu'il soit nécessaire d'exercer des efforts excessifs pour le comprimer.En outre, il est possible de faire varier la force des ressorts simplement en logeant concentriquement diverses combinaisons de ressorts spiraux dans chaque piston. On peut modifier les réalisations décrites. Par exemple, le pignon central peut avoir la forme représentée sur les figures 19 et 20 ; sur la figure 19, deux pignons 90 et 91 avec des manchons de palier rectifiés monobloc 92 et 93 respectivement, et avec des cavités internes carrées sont fixés, par exemple, par blocage mécanique, collage ou soudage, sur une barre standard 95 de section carrée. Cette réalisation simple convient particulièrement dans le cas des plus grandes dimensions de actionneur et présente l'avantage supplémentaire que, simplement en raccourcissant la barre 95 de sorte qu'elle se termine en 97, il est possible de prévoir un carré mâle 98 à une extrémité, et un carré femelle 99 à l'autre extrémité (figure 20). Ainsi, on peut utiliser l'actionneur sans accouplement supplémentaire à la fois avec des vannes ayant un carré mâle et des vannes ayant un carré femelle. En outre, dans les grandes dimensions d'actionneurs, il peut être souhaitable, pour éviter des problèmes de coulée, de réaliser le corps 10 en deux demi-pièces moulées. Revendications. 1. Dispositif d'actionnement (actionneur) quart de tour, caractérisé par un corps (10) définissant deux cylindres disposés côte à côte (11, 12), un piston (13) dans chaque cylindre sur un côté duquel piston se trouve un évidement (14) dans lequel est prévue une crémaillère (15), un pignon (16) monté dans le corps et engrenant avec les crémaillères sur les pistons, des moyens pour alimenter ces cylindres en air comprimé et un système de distribution d'air (figures 6 et 7) raccordant chaque extrémité de chaque cylindre à l'autre extrémité de l'autre cylindre, le piston ayant un corps en matière plastique. 2. Actionneur quart de tour, caractérisé par un corps définissant deux cylindres disposés cate à côte (11, 12), un piston (13) dans chaque cylindre sur un côté duquel piston se trouve un évidement (14) dans lequel est prévue une crémaillère (15), un pignon (16) monté dans le corps et engrenant avec les crémaillères sur les pistons, des moyens pour alimenter ces cylindres en air comprimé et un système de distribution d'air (figure 6 ou figure 7) raccordant chaque extrémité de chaque cylindre à l'autre extrémité de l'autre cylindre, un piston (13) au moins présentant un alésage borgne (40) s'étendant d'une extrémité du piston en direction de l'autre extrémité, et un ressort disposé dans l'alésage et agissant pour rappeler le piston (13) vers la première extrémité de son cylindre. 3. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce. qu'au moins un piston (13) a un alésage borgne (40), s'étendant d'une extrémité du piston vers l'autre extrémité. 4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un ressort disposé dans l'alésage agit pour rappeler le piston vers la première extrémité de son cylindre. 5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'un élément métallique (41) s'détend d'une extrémité du piston à l'autre. 6. Actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une butée réglable (53) est prévue pour coopérer avec l'élément métallique (41) et limiter le déplacement du piston dans son cylindre. 7. Actionneur selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'un détecteur de proximité est prévu pour détecter l'élément métallique (41) et signaler sa position dans le cylindre. 8. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité-de chaque piston est renforcée par un disque métallique (46). 9. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, ou 4 à 8, caractérisé en ce que la paroi du, ou de chaque cylindre, est renforcée par un tube (47). 10. Actionneur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le tube (47) est en résine époxyde à renforcement de fibres de verre. 11. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la crémaillère comporte deux longueurs espacées de segments dentés. 12. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en àe que le système de distribution d'air comporte des passages dans le corps. 13. Actionneur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les cylindres sont fermés par des plaques terminales (18, 19, 20, 21) et que le système de distribution d'air comporte des passages dans ces plaques terminales. 14. Actionneur selon la revendication 12 et la revendication 13, caractérisé en ce que le pignon (15) est mont.é entre des colliers (32) dans le corps, et en ce qu'au moins l'un des colliers comporte une gorge (80) faisant partie du système de distribution d'air 15. Actionneur selon la revendication 14, caractérisé en qu'un passage dans le corps est aligné avec cette gorge. 16. Actionneur selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'un tube (81) passe à travers le passage et la gorge (80) et fixe le collier (32) en position dans le corps. 17. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le système de distribution d'air comporte des passages s'étendant longitudinalement à travers le corps et des passages s'étendant transversalement. 18. Actionneur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les passages s'étendant transversalement comportent les gorges des colliers. 19. Actionneur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les passages s'étendant transversalement sont définis par les plaques terminales.