Brevet FR2559234A1 — publié le 19850809

i1 2559234 DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT DE VANNE A MOTEUR L'invention concerne généralement les dispositifs d'actionnement de vannes à moteur, et plus particulièrement un dispositif d'actionnement caractérisé en ce qu'il peut être réglé manuellement et en ce que la vanne peut fonc- tionner dans deux sens pour un sens donné de rotation du moteur. Les dispositifs d'actionnement de vannes à moteur sont largement utilisés dans les installations de commande de procédés permettant de commander la position de vannes raccordées à des tuyaux d'acheminement de fluides. Une des applications des dispositifs d'actionnement de ce type con- cernent les installations de chauffage, de ventilation et de climatisation (HVAC) dans lesquelles de tels dispositifs d'actionnement sont utilisés pour commander la position de vannes servant à réguler le débit d'eau réchauffée ou re- froidie à l'intérieur d'un échangeur de chaleur. L'air qui passe dans l'échangeur est ainsi chauffé ou refroidi à vo- lonté pour le confort de l'occupant. Le réglage de position des vannes se fait de façon continue, de la position complè- tement ouverte à la position complètement fermée, pour la meilleure commande possible du HVAC. Un exemple d'un tel dispositif est représenté à la pane 3 de feuillets intitulés PENN CONTROLS SERIES Y 20. Ce dispositif d'actionnement porte un mécanisme à pignon et 2 2559234 crémaillère pour transformer le couple du moteur tournant en une force linéaire servant à déplacer la tige d'action- nement de vanne. Un inconvénient de ce dispositif d action- nement est que rien n'est prévu pour un réglage manuel simple de la vanne en cas de panne du moteur, et, en outre, le dispositif d'actionnement qui y est représenté n'est capable d'assurer le déplacement de la tige d'actionnement que dans un seul sens pour un sens donné de rotation du moteur. D'autres exemples de dispositifs d'actionnement de vannes à moteur sont représentés à la page 1 du feuillet PENN CONTROLS sus mentionné et dans un feuillet intitulé HONEYWELL Q618A VALVE LINKAGE. Ces dispositifs d'action- nement font appel à un disaue d'excentrique entraîné par moteur pour communiquer un déplacement linéaire à une tige d'actionnement de vanne. Une limite des dispositifs d'ac- tionnement de ce type est que la course maximale de la tige est limitée par la différence entre les rayons d'ex- centricité maximal et minimal. De plus, de tels dispositifs sont difficiles à adapter à un mode de réglage manuel de position en cas de panne du moteur. Bien que ces dispositifs connus se soient révélés jusqu'à présent satisfaisants, ils ne permettent pas de se rendre compte de la façon dont un dispositif d'actionne- ment de vanne à moteur peut être construit pour assurer facilement un réglage manuel de la position de la vanne et pour permettre à la tige d'actionnement de vanne de se déplacer dans l'un ou lVautre des deux sens, mais avec un seul sens de rotation du moteur, En général, un dispositif d'actionnement de vanne à moteur comporte un moteur d'entraînement électrique avec un arbre tournant pour fournir un couple d'actionnement. Un élément de sortie est prévu pour faire fonctionner une vanne qui doit lui être reliée, et un élément d'engrenage est adapté pour être monté entre l'arbre et l'élément de sortie et dans une première position ou dans une seconde 3 2559234 position. L'élément d'engrenage comporte despremiers moyens pour l'accouplement d'entraînement de l'arbre de moteur et de l'élément de sortie lorsque l'élément dfengrenage est monté dans la premiere position, et le second moyen permet- tant de désaccoupler l'élément de sortie de l'arbre lorsque l'élément d'engrenage est monté dans la seconde position. Dans cette dernière position, l'élément d'engrenage permet à l'élément de sortie d'être entraîné par une source d'éner- gie externe au dispositif d'actionnement. Les objectifs de la présente invention sont de fournir un dispositif d'actionnement de vanne présentant les caractéristiques suivantes: 1) il comporte un élément d'engrenage conçu pour être monté dans une première ou dans une seconde position; 2) il comporte des moyens permettant à son Slément de sortie d'être entraîné manuellement et d'être mis en position par une source d'énergie externe; 3) il est adaptable de façon à déplacer une tige d'action- nement de vanne dans l'un ou l'autre des deux sens, mais avec un seul sens de rotation du moteur; et 4) il peut être réglé de manière simple lors de son installation ini- tiale. La façon dont ces objectifs de l'invention, ainsi que d'autres, sont atteints, ressortira mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, priseconjointe- ment avec Es dessins ci-joints, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation de face du dis- positif d'actionnement selon la présente invention, repré- sentée conjointement avec une vanne de commande de débit de fluide qui doit être actionnée par ce dispositif; la figure 2 est une vue en élévation de cOte du dispositif d'actionnement, prise suivant le plan 2.2 de la figure 1 et sur laquelle la vanne de commande d'écoulement a été supprimée; la figure 3 est une vue en élévation de côté de l'arbre de moteur du dispositif d'actionnement, avec une 4 2559234 partie arrachée; la figure 4 est une vue en élévation de face de l'arbre, prise suivant le plan 4.4 de la figure 3; la figure 5 est une vue de dessous du support de tringlerie du dispositif d'actionnement, prise suivant le plan 5.5 de la figure 1; la figure 6 est une vue de dessus du support de tringlerie du dispositif d'actionnement, prise suivant le plan 6.6 de la figure 1; la figure 7 est une vue en élévation de face de la partie plaque d'arrêt d'engrenage du support de tringlerie; la figure 8 est une vue en coupe de dessous de la plaque d'arrêt d'engrenage, prise suivant le plan 8.8 de la fiqure 7; la figure 9 est une vue en élévation de face de l'élément d'engrenage, représenté monté dans une première position en trait partiellement tireté sur la figure 5, et prise suivant le plan 9.9 de celle-ci; la figure 10 est une vue en élévation de côté et en coupe de l'élément d'engrenage de la figure 9, prise suivant le plan 10.10 de celle-ci; la figure 11 est une vue en élévation de derrière et de représentation complète de l'élément d'engrenage de la figure 9, prise suivant le plan 11.11 de la figure 10; et la figure 12 est une vue en élévation de face de l'élément de sortie de la figure 1, dont des parties sont représentées en coupe et d'autres sont arrachées, En se référant d'abord aux figures I E 2f on voit que l'on y a représenté le dispositif 10 d'actionnement de vanne à moteur selon l'invention associé à une vanne 11 de commande de fluide comportant une lumière d'entrée 13, une lumière de sortie 15, et une tige 17 mobile ver- ticalement pour positionner dans un passage le mécanisme interne d'obturation de la vanne entre une position ccmplètement ouverte 2559234 et une position complètement fenrmée en régulant le débit de fluide qui passe dans la vanne ll.Si l'on se reporte en plus aux figures 1 et 3 à 6, on voit que le dispositif d'actionnement 10 comporte un boîtier 19, un moteur d'entraînement électrique (non représenté) étant contenu dans ce bottier 19, un - support de tringlerie 21 et une équerre 23 de support de soupape, chacun des supports 21 et 23 étant représenté installé dans une première orientation. Le moteur comporte un arbre tournant saillant 25 pour fournir une force de fonctionnement i la vanne 11, et a son axe géométrique longitudinal 27 qui est concentrique à la grande ouverture circulaire 29 pratiquée dans le support de tringlerie 21. lin lément de sortie 31 est guidé par le support de trin- glerie 21, tandis qu'un élément d'engrenage 33 est logé à l'intérieur du support de tringlerie 21 entre l'arbre de moteur 25 et l'élément de sortie 31. ConLme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, l'élément d'engrenage 31 est conçu pour être monté dans une première ou dans une seconde position. Dans la première position, l'élément d'engrenage 31 relie l'arbre 25 et l'élément de sortie 31 en prise d'entraînement, tandis que, dans sa seconde position, l'élément d'engrenage 31 désaccouple l'égment de sortie 31 de l'arbre de moteur 25 et permet ainsi à l'élément 31 d'être entraîné par une source d'énergie externe. Plus particulièrement, et comme le montrent le mieux les figures 1, 2, 5, 6, 7 et 8, le support de trin- glerie 21 est représenté comportant une plaque de tringle- rie 31 en forme générale de UI qui peut être fixée au bottier 19, une plaque 37 d'arrêt d'engrenage aui est destinée à recevoir et à envelopper l'élément d'engrenage 31, et un couvercle antérieur 39 destiné à maintenir l'élément d'engrenage 33 à l'intérieur du support de trin- glerie 21. La plaque 37 a une hauteur représentée, comme étant la dimension verticale sur la figure 8, qui est 6 C 72559234 choisie de telle sorte qu'elle peut venir se loger en coulissant entre le panneau postérieur 41 et le panneau antérieur 43 de la plaaue de tringlerie 35, de façon à s'y adapter étroitement. Deux paliers cylindriques 45 et ''Nvlon" moulé, sont interposes entre la plaque d'engrenage 37 et une entretoise de palier 46 pour supporter et guider la crémaillère à pignon 47 de l'élément de sortie 31. Les paliers en "Nylon" sont maintenus sur leur support par des goupilles 49 aui sont elles-mêmes main- tenues par des pinces 51 en forme de C à chacune de leurs extrémités. A l'intérieur de la surface supérieure 53 de la plaque de tringlerie 35 est pratiquée une ouverture 55 de forme générale rectangulaire qui est placée de façon a se trouver en regard de l'axe géométrique de l'élément de sortie 31 et de la tige 17 d'actionnement de vanne, et dont les dimensions permettent à la crémaillère à pignon 47 de l'élément de sortie 31 de la traverser, avec un petit espace libre sur le pourtour. Des fentes 57 sont formées aux extrémités latérales du panneau postérieur 41 pour permettre au support de tringlerie 21 et à l'élé- ment d'engrenaae 33 qui y est enfermé de se trouver dans le prolongement de l'axe de l'arbre de moteur 25. Si l'on se reporte ensuite aux figures 4, 9, 10 et 11, on voit que l'élément d'engrenage 33 en forme de roue droite agénéralement cylindrique, comporte un premier moyen 59 permettant l'accouplement d'entraînement de l'arbre 25 et de l'élément de Qsortie 31 et construit sous la forme de dents d'engrenage e1 régulièrement espacées sur son pourtour extérieur, et une première extrémité 63 présentant un profil de transmission de couple de façon à être complémentaire du profil formé sur le bout 65 de l'arbre de moteur 25. L'homme du métier se rendra compte qu'un tel profil peut être carré, comme représenté, ou hexagonal, ou avoir n'importe quelle autre forme de trans- mission de couple, et cue, ou bien le bout d'arbre 65 ou 7 2559234 bien l'élément d'engrenage 33 peuvent former la partie mâle. Dans la forme de réalisation préférée, l'arbre de moteur 25 forme la partie mâle et la première extrémité 63 est formée de façon à comporter une ouverture de ré- ception du bout d'arbre 65 et un engagement de recou- vrement partiel avec celui-ci. A sa seconde extrémité 67, l'élément d'engrenage 33 comporte un second moyen ou moyen de désaccouplement, qui est construit sous la forme d'un suralésage circulaire concentrique 69 dont le iO rayon est choisi de façon à être légèrement plus grand aue le rayon défini par l'axe géométrique longitudinal 27 de l'arbre et par l'une quelconque des quatre arêtes chanfreinées de l'arbre, comme représenté sur les figures 3 et 4. Lorsale l'élément d'engrenage 33 est monté à l'intérieur du support de tringlerie 21 dans une premiere position, la premiere extrémité 63 est reçue sur le bout d'arbre 65, assurant ainsi l'accouplement d'entrainement de l'arbre 25, de l'élément d'engrenage 33 et de l'élément de sortie 31. En retirant le couvercle 39 de protection du support de tringlerie et en inversant complètement l'élément d'engrenage 33 pour le faire passer dans une seconde position, on engage alors le suralésage 69 sur le bout d'arbre 65, en permettant ainsi à l'élément d'en- grenage 33 de tourner librement par rapport au bout 2 '5 d'arbre 65 tout en étant entraîné par une source externe d'énergie, une clé à tube par exemple, pour réaliser le réglage de position de l'élément de sortie 31 en cas de panne de moteur ou à des fins de réglage initial. En se reportant de plus à la figure 1 on voit que, en cas de panne de moteur, il est extrêmement souhaitable de Dermettre un réglage manuel de la vanne Il dans une position partiellement ouverte ou modulée de façon que l'installation IMAC ou autre puisse continuer à fonctionner de façon raisonnablement efficace pendant que les répara- tions du moteur sont effectuées. A cette fin, dans le sup- 8 Ai 2559234 port de tringlerie 21 est formé un trou percé et taraudé 67 placé de façon à se trouver en regard des dents 65 de la crémaillère 47 de l'élément de sortie. Apres avoir placé l'élément d'engrenage 33 dans sa seconde position et avoir réglé manuellement la vanne 11 dans la position voulue, on visse une vis pointue 77 en acier trempé dans le trou 73, de façon qu'elle s'engage sur les dents 65 et maintienne l'élément de sortie 31 dans la position choisie. On se rendra compte que le matériau utilisé pour former le panneau antérieur 43 doit avoir une épaisseur et une rigidité suf- fisantes pour permettre un tel taraudage et un tel maintien de position. Si l'on se reporte ensuite à la figure 12, on voit au'un élément de sortie 31 préféré comporte des moyens permettant un léger dépassement de course après que le mécanisme interne d'obturation ait été complètement appliqué sur son siège. Il comporte également des moyens permettant d'accoupler facilement l'élément de sortie 31 à la tige filetée 17 d'actionnement de vanne. En conséquence, l'élé- ment de sortie 33 comporte une crémaillère supérieure 47 à pignon ou une tige avant une section droite supérieure de forme générale carrée, une section droite inférieure de forme circulaire et un corps cylindrique intérieur 79 des- tiné à entourer et à protéger le ressort 85. Une gorge 83 de retenue de pince est formée dans la crémaillère 47 à proximité de son extrémité inférieure, Un ressort hélicoïdal sur leauel s'exerce une prêcharge de compression est emprisonné entre deux sièges de ressorts 87 et 89, le siège intérieur 89 étant maintenu en place par gne. b1^g.e élas- tique 91 qui se loge dans la gorge 83, et le siege supé- rieur 87 venant s'appliquer contre l'épaulement 92 défini par l'intersection des parties supérieure et inférieure de la crémaillère 47. La rondelle de fermeture 93 du corps 79 présente une ouverture 95 choisie d'un diamètre assez grand pour que le corps 79, v compris sa rondelle de fermeture 93, puis- sent tourner librement par rapport à la crémai4l!re 47, Dans l'extrémité inférieure du corps 79 vient s'adapter étroitement une bague annulaire 97 dont l'alésage interne est dimensionné de façon à pouvoir recevoir un écrou hexa- gonal taraudé 99. Le corps 79, la bague 97 et l'écrou 99 sont maintenus dans une position relative mutuelle par un axe traversant 101 aui est immobilisé à chaque extrémité par des goupilles 103. Le taraudage de l'écrou 99 est choisi de façon à correspondre au filetage de la tige 17 d'action- nement de vanne. Pendant le réglage initial et lors de la fixation du dispositif d'actionnement 10 à la vanne 11 comme repré- senté à la figure 1, le presse étoupe 105 de la vanne se loge dans une ouverture ménagée dans l'équerre de support 23 et v est maintenu en place par un manchon 106 fixé par un contre-écrou 107. L'axe géométrique de l'ouverture se trouve en regard de l'axe longitudinal vertical de l'élé- ment de sortie 31, et par conséquent de l'ouverture 55 de la plaque de tringlerie. Après avoir fixé la vanne 11 à l'éauerre de support 23, on fait tourner le corps 79 pour visser l'écrou 99 sur la tige de vanne 17, et on l'y fixe par un contre écrou 109. Lorsqu'on dispose le dispositif d'actionnement 10 en vue de son fonctionnement, on retire le couvercle 39 et l'élément d'engrenage 33, on fait tourner électriquement le moteur pour le mettre sur sa position zéro et on fait venir l'élément de sortie 31 et lA ti4e 17 d'ac- tionnement de vanne qui lui est raccordée vers leur posi- tion complètement vers le haut ou complètement vers le bas, suivant le sens de la rotation du moteur et suivant la construction interne de la vanne 11, c'est-à-dire sui- vant qu'on veut que la vanne soit complètement ouverte ou complètement fermée avec le moteur dans sa position zéro. On réintroduit ensuite l'élément d'engrenage 33 dans une première position et on met en place le couvercle 39. La 2559234 rotation de l'arbre de moteur 25 dans le sens des aiguilles d'une montre si l'on regarde la figure 1, fera se déplacer vers le bas l'élément de sortie 31 en vue du réglage de position de la vanne, tandis aue la rotation en sens inverse fera se déplacer cet élément vers le haut. Si la vanne 11 a une construction telle que l'on veut faire en sorte que sa tige 17 se déplace vers le haut lorsque le moteur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, on peut retirer le support de tringlerie 21 et l'équerre de support 23, les faire tourner de 180 , et les réinstaller, chacun dans une seconde orientation. Lorsqu'on réassemble l'élément de sortie 31 avec ces supports, le support de tringlerie 21, l'élément de sortie 31, l'élément de support 23 et la vanne 11 apparaîtront comme une image dans un miroir de celle qui est représentée dans la figure 1. REVENDICATIONS 1, Dispositif d'actionnement de vanne à. moteurf caractérisé en ce qu'il comporte: un moteur d'entraînement électrique comportant un arbre tournant (25) destiné à fournir un couple d'ac- tionnement; un élément de sortie (31) destiné à faire fonction- ner une vanne (11) qui lui est accouplée; un élément d'engrenage (93) qui est conçu pour être monté entre ledit arbre et ledit élément de sortie, dans une première position ou dans une seconde position; ledit élément d'engrenage (33) comportant un premier moyen (59) permettant l'accouplement d'entraînement dudit arbre (25) et dudit dment de sortie (31) lorsque ledit élëment d'engrenage est monté dans ladite première position; ledit élément d'engrenage (33) comportant en outre un second moyen permettant de désaccoupler ledit élément de sortie dudit arbre lorsque ledit élément d'engrenage est monté dans ladite seconde position, en permettant ainsi audit élément de sortie d'être entraîné par une source d'énergie externe audit dispositif d'actionnement. 2. Dispositif d'actionnement selon la revendication caractérisé en ce que ledit premier moyen (59) comporte une série de dents d'engrenage (61) destinées à venir en prise avec ledit élément de sortie, et une première ouver- ture (63) configurée de manière à recevoir ledit arbre en vue d'un entraînement par celui-ci. -3. Dispositif d'actionnement selon la reyendication 1, caractérisé en ce que le second moyen comporte une seconde ouverture (69) configurée en vue d'être engagée sur ledit arbre tout en permettant audit élément d'engre- nace de tourner librement par rapport à ce dernier. 4. Dispositif d'actionnement de vanne à moteur destiné à fournir une force de sortie suivant un trajet linéaire, caractérisé en ce au'il comporte: un bottier (19) auquel est fixé un support de trin- glerie (21); un moteur d'entraînement électrique enfermé dans ledit boîtier et comportant un arbre tournant (25) destiné à fournir un couple d'actionnement; un élément de sortie (31) à. pignon, de forme allon- gée, guidé par ledit support de tringlerie (21) et conçu pour mettre en position une vanne (11) qui doit lui être accouplée;- un élément d'engrenage (33) oui est conçu pour se loaer dans ledit support de tringlerie, ledit élément d'en- grenage comportant une première extrémité permettant l'ac- couplement d'entraînement dudit arbre, dudit élément d'en- grenage et dudit élément de sortie lorsque ledit élément d'engrenage est logé dans ledit support de tringlerie et est placé dans ladite première position; ledit élément d'engrenage étant en outre conçu pour se loger dans ledit support de tringlerie dans une seconde position, permettant audit élément d'engrenage et audit élément de sortie d'être entraînés par une source d'énergie externe audit dispositif d'actionnement. 5. Dispositif d'actionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit arbre (25) du moteur d'en- traInement est isolé de ladite source d'énergie externe lorsque ledit élément d'engrenage est placé dans ladite seconde position. 6. Dispositif d'actionnement selon la revendication , caractérisé en ce que ledit arbre (25) du moteur d'çen- trainement comporte un bout (65) présentant un profil de transmission de couple, et ladite première extrémité (63) comporte une partie complémentaire dudit profil, de sorte cue le couple d'actionnement peut être transmis dudit arbre de sortie (25) audit élément de sortie (31) par l'intermédiaire dudit élément d'engrenage (33), 13 2559234 7. Dispositif d'actionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bout (65) darbre comporte une extrémité d'arbre saillante, et ladite partie de la premiere extrémité porte une ouverture destinée à être engagée sur ladite extrémité de l'arbre en vue d'une trans- mission de couple. 8. Dispositif d'actionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen des- tiné à retenir ledit élément de sortie (31) et la vanne (11) aui lui est accouplée dans une position de modulation de soupape lorsque ledit élément d'engrenage (33) est placé dans ladite seconde position. 9. Dispositif d'actionnement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen des- tiné à retenir ledit élément de sortie (31) et la vanne (11) aui lui est accouplée dans une position de modulation de soupape lorsque ledit élément d'engrenage (33) est placé dans ladite seconde position. 10. Dispositif d'actionnement de vanne à moteur, caractérisé en ce qu'il comporte: un boitier (19); un moteur d'entraînement électrique enfermé dans ledit boîtier et comportant un arbre tournant (25) destiné à fournir une force d'actionnement à une tige (17) d'ac- tionnement de vanne; un support (21) de tringlerie pouvant être fixé audit boîtier dans une premiere orientation ou une seconde orientation, ledit support de tringlerie étant conçu pour recevoir un élément d'engrenage (33) et un élément de sortie (31) en prise menée avec ledit élément d'engrenage; une équerre (23) de support de vanne qui peut être fixée audit bottier (19) dans une première orientation ou une seconde orientation; ledit élément d'engrenage (33) étant conçu pour être monté dans une première position permettant laccou- plement d'entraînement dudit arbre (25) de moteur, dudit élément d'engrenage (33) et dudit élément de sortie (31), ledit élément d'engrenage étant en outre conçu pour être monté dans une seconde position permettant audit élément d'engrenage et audit élément de sortie d'être entraînés par une source d'énergie externe; ladite tige (17) d'actionnement de vanne pouvant être déplacée dans un premier sens lorsque ledit support (21) de tringlerie et ladite équerre de support (23) sont fixés dans ladite première orientation et que ledit élément d'engrenage (33) tourne dans un premier sens; ladite tige (17) de vanne pouvant être déplacée dans un second sens lorsque ledit support (21) de tringlerie et ladite équerre de support (23) sont fixes dans ladite seconde orientation et que ledit élément d'engrenage (33) tourne dans ledit premier sens. 11. Dispositif d'actionnement selon la revendi- cation 10, caractérisé en ce que ledit arbre (25) du moteur d'entraînement est isolé de ladite source d'énergie externe lorsque ledit élément d'engrenage (33) est placé dans ladite seconde position. 12. Dispositif d'actionnement selon la revendication 11, caractérisé en ce cue ledit arbre (25) du moteur d'en- traînement comporte un bout (65) présentant un profil de transmission de couple, et ledit élément d'engrenage (33) comporte une première extrémité complémentaire dudit profil, de sorte qu'un couple daactionnement peut êtr transmis dudit arbre (25) audit élément de sortie (31) par l'inter- médiaire dudit élément d'engrenage (33). 13. Dispositif d'actionnement selon la revendication 12, caractérisé en ce aue ledit bout (65) d'arbre comporte une extrémité d'arbre saillante, et ladite première extré- mité (63) comporte une ouverture destinée à être engagée sur ledit bout d'arbre en vue d'une transmission de couple.