Brevet FR2602067A1 — publié le 19880129

DISPOSITIF DE COMMANDE POUR LA FERMETURE EN DEUX TEMPS D'UNE VANNE La présente invention concerne un dispositif de commande pour la fermeture en deux temps d'une vanne placée dans une conduite de distribution de fluide. Lorsqu'on interrompt la distribution de fluide, par exemple lors du remplissage d'un conteneur, il faut pouvoir éviter le choc hydraulique appelé communément "coup de bélier", consécutif à l'arrêt brutal du débit, ce choc étant'autant plus néfaste à l'installation hydraulique que le débit est élevé. L'arret de la distribution de fluide pose un autre problème. En effet, il est nécessaire d'arreter le remplissage d'un conteneur juste au moment où la quantité désirée exacte de fluide a été distribuée; un arret tardif risque de provoquer le débordement du conteneur, préjudiciable sur le plan de l'économie, tandis qu'un arret effectué prématurément oblige à effectuer des opérations d'ajustement du remplissage, sources de pertes de temps. Par ailleurs, il est souhaitable, pour des raisons d'économie de temps et d'argent, d'effectuer les opérations de remplissage de façon automatique, notamment dans le cas où les débits et les volumes mis en jeu sont importants. Enfin, les fluides volatiles et/ou inflammables posent un problème particulier sur le plan de la sécurité, car il faut alors faire appel à des dispositifs spéciaux onéreux, répondant à des normes de sécurité d'antidéflagration sévères. De façon connue, on a tenté de résoudre ces difficultés par un dispositif comprenant une première vanne dont le débit nominal correspond au débit de distribution, et une seconde vanne de débit nominal très inférieur et placée sur une dérivation en parallèle sur la première vanne; les deux vannes sont reliées à un circuit de consigne électrique délivrant un premier signal de consigne commandant la fermeture de la première vanne dès qu'a été distribuée une quantité donnée de fluide légèrement inférieure à la quantité finale désirée; la distribution se poursuit alors à un débit relativement faible par la seconde vanne, dont la fermeture est ensuite commandée par un second signal de consigne lorsque la quantité finale est atteinte. Si ce dispositif connu permet d'éviter ou. d'atténuer le phénomène dit du "coup de bélier", il se révèle particulièrement onéreux, car il nécessite deux vannes, chacune associée à une vanne pilote, ainsi que la mise en place d'une dérivation. De plus, son application à la distribution des fluides inflammables, du fait de la présence de signaux de consigne électriques, nécessite de le rendre conforme aux normes de sécurité, ce qui en augmente encore le court. On connait également des dispositifs visant à permettre la fermeture en deux temps d'une seule vanne. Un premier dispositif connu de ce type fait appel à une installation de commande hydraulique qui se révèle extremement complexe, lourde et donc onéreuse, et de plus limitée à l'utilisation de vannes à clapet qui se détériorent facilement dans le cas de certains fluides agressifs tel que le pétrole. Un second dispositif connu, du type à une seule vanne, comprend un circuit pneumatique comportant une première pression, sous une pression réduite permettant de contrebalancer le ressort du servomoteur simple effet afin d'amener la vanne dans une position intermédiaire donnée; la délivrance du second signal de consigne provoque la fermeture totale de la vanne. Ce second dispositif connu présente l'inconvénient d'être peu fiable, car la position intermédiaire de fermeture est instable et délicate à règler. De plus,-le circuit pneumatique est relativement onéreux compte tenu de la nécessité de deux vannes pilotes à trois voies, d'au moins un limiteur de pression et d'une, dérivation sur le circuit de commande pneumatique. En outre, la présence de signaux de consigne électriques empêche, ou à tout le moins limite grandement, l'utilisation d'un tel système pour la distribution de fluides inflammables. On connait un troisième dispositif, à une seule vanne, du type comprenant un circuit de consigne susceptible de commander des moyens d'actionnement pneumatique reliés à une source d'air, grâce à un premier signal de consigne provoquant la fermeture partielle de la vanne jusqu'à une position intermédiaire déterminée par un organe de détection, et à un second signal de consigne permettant d'achever la fermeture de la vanne. La vanne est commandée à l'ouverture par un organe de commande à simple effet, relié soit à l'échappement, soit à une source d'air sous pression, par l'intermédiaire respectivement d'une première et d'une-seconde vannes pilotes, toutes deux actionnées par le circuit de consigne et l'organe de détection. La commande par l'organe de détection est réalisée par un signal électrique, ce qui rend ce système connu inapplicable à la distribution de fluides inflammables, ou à tout le moins élève son coût global si on veut le rendre conforme aux normes de sécurité. Par ailleurs, ce dispositif connu est relativement complexe et onéreux. De plus, il utilise une vanne clapet à ressort qu'il est difficile de maintenir en position intermédiaire compte tenu de l'instabilité du ressort de la vanne clapet qu'il faut contrebalancer par la pression de commande. On comprend que les dispositifs de commande connus, pour l'arrêt en deux temps de la distribution d'un fluide, ne permettent pas de résoudre tous les problèmes soulevés sur le plan de la fiabilité, de l'automatisation, de la sécurité, de la rapidité, et du coût. La présente invention remédie à ces inconvénients et concerne un dispositif de commande pour la fermeture en deux temps d'une vanne placée sur une conduite de distribution de fluide, du type comprenant un circuit de consigne susceptible de commander des moyens d'actionnement pneumatique reliés à une source d'air, grâce à un premier signal de consigne provoquant la fermeture partielle de la vanne jusqu'à une position intermédiaire déterminée par un organe de détection, et à un second signal de consigne permettant d'achever la fermeture de la vanne, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comprennent un organe de commande à double effet et un organe de distribution susceptible de commuter la source d'air de la chambre d'ouverture de l'organe de commande à la chambre de fermeture de ce dernier, sous llaction d'un premier signal pneumatique de consigne, l'alimentation de la chambre de fermeture étant contrôlée par un circuit logique pneumatique commandé successivement par un signal émis par l'organe de détection puis par un second signal pneumatique de consigne. Ainsi, on obtient une forme de réalisation simple et peu onéreuse ne faisant appel qu'à un seul distributeur et un circuit logique constitué d'éléments simples et de faible court. En effet, le court d'un organe de commande à double effet est bien moins élevé qu'un organe à simple effet (utilisé dans les dispositifs de l'art antérieur) tandis que l'invention permet d'éviter l'emploi d'organes onéreux tels que des réducteurs de pression et/ou de vannes pilotes à trois voies. Par ailleurs, l'organe de commande à double effet permet d'améliorer la précision et la stabilité de la position intermédiaire de fermeture de la vanne, par rapport à un organe simple effet employé dans les dispositifs connus et dans lesquels la pression est équilibrée par un ressort. De plus, le fonctionnement entièrement pneumatique du dispositif de l'invention autorise son utilisation en atmosphère inflammable en toute sécurité et sans modification ultérieure de mise en conformité aux normes. Plus précisément, dans la seconde position du distributeur le circuit logique pneumatique, successivement, autorise l'alimentation de la chambre de fermeture, puis empeche cette dernière d'etre alimentée, et enfin autorise à nouveau son alimentation sous l'action du second signal pneumatique de consigne. Avantageusement, l'organe de détection relié au circuit logique est un interrupteur pneumatique commandé en fonction de la position de fermeture de la vanne. Avantageusement, le circuit logique comprend des moyens pour alimenter la chambre de fermeture par une source d'air à plus haute pression pendant la première phase de fermeture, et par une source d'airauxiliaire à pression plus faible pendant la deuxième phase. Selon une forme de réalisation avantageuse, le circuit logique comprend une porte OU dont une entrée reçoit le second signal de consigne et l'autre entrée reçoit la sortie d'une porte NON à inhibition reliée en aval à la première sortie du distributeur dont la seconde sortie alimente la chambre d'ouverture de l'organe de commande. Plus précisément, la commande d'inhibition de la porte NON est reliée à la pression par l'intermédiaire de l'organe de détection. Avantageusement, la commande d'inhibition de la porte NON est reliée à la sourcede pression par la première sortie du distributeur. Pour assurer un fonctionnement fiable en atmosphère inflammable, dans le cas où le dispositif fait appel à un circuit de consigne délivrant des signaux électriques, le dispositif comprend des moyens transducteurs placés entre le circuit de consigne et d'une part le distributeur, et d'autre part le circuit logique, susceptibles de transformer les signaux de consigne électrique émis par le circuit de consigne en signaux de consigne pneumatiques. L'invention sera bien comprise à la lumière du dessin annexé dans lequel - La figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention, et - La figure 2 est un schéma détaillé du dispositif de la figure 1. Sur la figure 1, est représentée une conduite 1 dans laquelle s'écoule un liquide suivant le sens de la flèche f, de la gauche vers la droite sur la figure. La conduite est reliée, suivant l'exemple d'application décrit, en amont à un réservoir de liquide et en aval à un conteneur destiné à etre rempli d'une quantité donnée de liquide, le réservoir et le conteneur connus en eux-memes, n'étant pas représentés. Une vanne 2 est disposée sur la conduite, tel que par exemple une vanne à tournant sphérique de type connu en soi. Une vanne du type papillon pourrait également entre utilisée. En amont de la vanne 2 est placé un organe de mesure, tel qu'un compteur volumétrique 3, susceptible de déterminer la quantité de liquide s'écoulant dans la conduite 1. De façon connue, le compteur 3 est relié à un circuit de consigne 4, de type connu en soi, appelé également circuit prédéterminateur, et susceptible de délivrer successivement deux signaux de consigne électriques de façon à commander en deux temps la fermeture de la vanne 2. On suppose un conteneur à remplir d'un volume donné V de liquide ; le cor Sur 3 est associé au circuit de consigne 4 de manière que ce dernier émette un premier signal de consigne par la première ligne 7, lorsqu'un volume V-v de liquide s'est écoulé dans la conduite et se trouve dans le conteneur; la valeur de v est très inférieure à V, généralement égale à quelques pour cent de ce dernier. La vanne 2 est alors fermée partiellement jusqu'à une position intermédiaire de fermeture déterminée à l'aide d'un détecteur D associé à la vanne. L'écoulement se poursuit à un débit q très inférieur au débit normal de remplissage Q; à titre indicatif, pour Q = 200 m3/h, q = 0,5 m3/h. Lorsque le volume-V désiré de liquide a été distribué, le circuit de consigne 4 émet par la seconde ligne 8 un second signal de consigne commandant la fermeture totale de la vanne 2. Dans un dispositif selon l'invention, le circuit de consigne 4 est relié à des moyens d'actionnement pneumatiques 5. Le circuit de consigne 4 émet sur les lignes 7 et 8 de sortie des signaux de consigne qui peuvent entre électriques ou pneumatiques selon le type de circuit utilisé. Si les signaux de consigne émis sont électriques, le circuit de consigne 4 est relié aux moyens d'actionnement 5 par l'intermédiaire de moyens transducteurs, non représentés, susceptibles de transformer en signaux pneumatiques les signaux électriques de consigne émis par le circuit de consigne 4 ; en ce cas, les moyens transducteurs sont associés à une source d'air sous pression, par exemple une source auxiliaire, reliée aux moyens d'actionnement par deux électro-vannes commandées électriquement par les signaux de consigne véhiculés sur les lignes de sortie respectives 7 et 8 du circuit de consigne 4. Les moyens d'actionnement 5 sont reliés en amont à une source d'air sous pression 9, et en aval, aux chambres respectives d'ouverture 11 et de fermeture 10 d'un organe de commande, constitué en l'occurence d'un servo-moteur double effet 12 commandant fl.,'niquement, l'ouverture/fermeture de la vanne 2. Le fait u :utiliser un organe de commande à double effet permet d'améliorer la précision et la stabilité de la position intermédiaire de la vanne par rapport aux dispositifs connus où l'organe de commande est à simple effet. Le dispositif selon l'invention est décrit ci-après de façon détaillée en relation avec la figure 2. Les moyens d'actionnement 5 comprennent, d'une part un organe de distribution tel qu'un distributeur pneumatique 13, et d'autre part un circuit logique 14. Le distributeur pneumatique 13, du type cinq voies deux positions, comprend une entrée d'alimentation reliée à la source d'air 9, un système de pilotage comportant une commande pneumatique 20 reliée à la première ligne de sortie 7 du circuit de consigne 4 et un ressort de rappel 22, et deux sorties 23 et 24 ; la première sortie 23 est reliée au circuit logique pneumatique 14, tand-is que la seconde sortie 24 est branchée directement sur la chambre d'ouverture 11 du servo-moteur double-effet 12. En sa première position, la commande de pilotage 20 étant active et permettant de contrecarrer l'action du ressort 22, le distributeur relie la source d'air sous pression 9 et sa seconde sortie 24, tandis que sa première sortie 23 est reliée à l'échappement. Inversement, pour sa seconde position (ou position de repos), le distributeur (par l'action du ressort 22) relie la source d'air 9 à sa première sortie 23, alors que la seconde sortie 24 est reliée à l'échappement. Le circuit logique pneumatique 14 comporte une porte 25 dite porte "NON à inhibition" dont l'entrée 25a est reliée à la première sortie 23 du distributeur 13 et la sortie à une première entrée 26a c une porte OU 26 dont la seconde entrée 26b est reliée à la zende ligne de sortie 8 du circuit de consigne 4.La sortie de la porte OU 26.est branchée sur la chambre de fermeture 10 du servo-moteur double-effet 12; la commande d'inhibition 27 de la porte NON 25 est reliée à la première sortie 23 du distributeur 13 via un organe de détection 28; ce dernier détecte la position de fermeture de la vanne 2 par l'intermédiaire d'une tige 29 représentée symboliquement sur la figure 2, et liée à l'obturateur de la vanne et tournant avec ce dernier de sorte que la position angulaire de la tige de manoeuvre 29 reflète la position de l'obturateur dans la vanne. En fonction de cette position, l'organe de détection empeche ou autorise le passage de l'air sous pression dans le conduit 30 reliant la commande 27 de la porte NON 25 et la première sortie 23 du distributeur 13 ; l'organe de détection, constitué par exemple d'un interrupteur pneumatique associé à une came liée à la tige 29, est normalement ouvert, et se ferme dès que la position de fermeture de la vanne atteint une position intermédiaire donnée. La porte 25 NON à inhibition transmet tel quel le signal qu'elle reçoit sur son entrée 25a, lorsque la commande d'inhibition 27 ne reçoit aucun signal, autrement dit lorsque la commande 27 est inactive ; en revanche, lorsque la commande 27 reçoit un signal (est active), la porte 25 inhibe le signal qu'elle reçoit ; la table de vérité de la porte 25 NON est indiquée ci-après Entrée 25a Inhibition 27 Sortie Entrée 25a Inhibition 27 Sortie O O O 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 Par ailleurs, la porte NON comprend une sortie d'échappement 25b reliée à la sortie de cette meme porte, lorsque la commande d'inhibition 27 est inactive. Un premier limiteur de débit unidirectionnel 40 est placé entre la porte NON 27 et l'entrée 26a de la porte OU, tandis qu'un second limiteur de débit unidirectionnel 50 est placé entre la sortie 24 du distributeur et la chambre d'ouverture 11. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant. Le compteur 3 étant préalablement remis à zéro, la distribution du fluide dans la conduite 1 (flèche f) commence. Aucun signal n'est émis par le circuit de consigne 4 sur les lignes 7 et 8. Le distributeur 13 est dans sa première position où la seconde sortie 24 est reliée à la pression et la première sortie 23 à l'échappement. L'organe de détection 28 joue le rôle d'un interrupteur ouvert et la commande d'inhibition 27 de la porte NON 25 est active. La première sortie 23 du distributeur ne délivrant aucun signal, il en est de même de la sortie de la porte NON; la porte OU 26 ne reçoit alors aucun signal pneumatique sur ses entrées; la chambre de fermeture 10 du servo-moteur se trouve reliée à l'échappement, soit par la sortie d'échappement 25b de la porte NON 25, soit par le circuit de consigne 4 via la seconde ligne de sortie 8. En revanche, le distributeur 13 étant dans sa première position, l'air sous pression alimente, par la seconde sortie 24, la chambre d'ouverture 11 du servo-moteur. La vanne 2 est amenée en position d'ouverture complète. Le temps d'ouverture peut être contrôlé par le limiteur de débit 50. La distribution de fluide se poursuit jusqu'à ce qu'un volume donné V-v, déterminé par le compteur 3, se soit écoulé dans la conduite, où V est le volume total désiré et v = V, avec à titre indicatif 50 Ce dernier passe de sa première à sa seconde position, autorisant alors le passage de l'air sous pression (de la source 9) vers sa première sortie 23. La seconde sortie 24 du distributeur est reliée à l'échappement et il en est de même de la chambre d'ouverture 11 du servo-moteur 12. La commande d'inhibition 27 de la porte NON n'est toujours pas alimentée (l'organe de détection joue le rôle d'un interrupteur ouvert); ainsi, la porte NON 25, par sa commande d'inhibition 27 inactive, transmet le signal pneumatique qu'elle reçoit sur la première entrée 26a de la porte OU 26. La porte OU, recevant sur une de ses entrées un signal, alimente alors la chambre de fermeture 10 du servo-moteur 12. La vanne 2 commence alors à se fermer. Le fermeture de la vanne se poursuit jusqu'à une position intermédiaire de fermeture, déterminée à l'avance pour que le débit soit alors réduit à une fraction (1/50 à 1/1000) du débit initial correspondant à la pleine ouverture. I1 est à noter que le temps de fermeture depuis la position ouverte jusqu'à la position intermédiaire de fermeture est en général court, de l'ordre d'une seconde. Ce temps peut être contrôlé grâce au limiteur de débit unidirectionnel 40 placé sur la ligne de pression reliant la sortie 24 du distri.buteur et la chambre d'ouverture 11. La position intermédiaire de fermeture est détectée par l'organe de détection 28 qui, jouant jusqu'à cette étape le rôle d'un interrupteur ouvert, passe dans son état fermé. La commande d'inhibition 27 de la porte NON 25 est alors active car elle reçoit, via l'organe 28, la pression provenant de la première sortie 23 du distributeur. La porte NON transforme le signal qu'elle reçoit en l'absence de signal. La porte OU ne reçoit aucun signal sur ses entrées et ne peut alors délivrer aucun signal. La chambre de fermeture 10 du servo-moteur n'est plus alimentée et se trouve reliée à l'échappement 25b de la porte NON. Le processus de fermeture de la vanne se trouve à cet instant interrompu. La vanne reste en sa position intermédiaire par sa stabilité propre et par le fait que les chambres 10 et 11 du servomoteur 18 sont reliées, à cet instant, toutes deux à des sorties d'échappement. La distribution de fluide dans la conduite 1, se poursuit à un débit réduit jusqu'à ce que le volume total V désiré, mesuré par le compteur 3, soit atteint. Le circuit de consigne 4 délivre alors par la seconde ligne 8 un second signal de consigne qui alimente la seconde entrée 26b de la porte OU dont la première entrée 26a, reliée à la porte NON, ne reçoit toujours pas de signal. La porte OU délivre alors un signal pneumatique alimentant la chambre de fermeture 10 du servo-moteur. La vanne 2 se ferme complètement. La distribution de fluide est arretée. Un nouveau cycle de distribution peut entre effectué. Le dispositif selon l'invention est particulièrement avantageux sur le plan de la simplicité de réalisation et donc du cout. I1 l'est également sur le plan de la sécurité en effet, meme si la conduite véhicule un fluide inflammable, tout le dispositif étant à commande pneumatique, peut etre placé à proximité de la vanne, donc de la conduite. Par ailleurs, l'achèvement de la fermeture de la vanne est réalisé par la pression pneumatique véhiculée par la seconde ligne 8 de sortie du circuit de consigne. Or la pression délivrée dans les deux lignes de sortie 7 et 8 est inférieure à celle délivrée par la source 9, par exemple respectivement de 0,5 bar et 8 bars. La forme de réalisation ci-dessus décrite et représentée à la figure 2, comporte ainsi deux parties différant par la pression pneumatique employée. On note que l'achèvement de la fermeture de la vanne par un signal de relative faible pression est tout à fait suffisant. En variante, on pourrait relier la commande d'inhibition 27 (via l'organe de détection 28) en permanence à la source de pression 9, et non pas à la première sortie 23 du distributeur 13 comme représenté sur la figure 2. Cependant, la forme de réalisation représentée et décrite présente l'avantage de lier le fonctionnement de la porte NON au distributeur, ce qui se révèle plus sflr , en effet, si la vanne 2 était amenée, en position intermédiaire de fermeture, par une personne agissant de manière intempestive sur le volant de manoeuvre de celle-ci, la fonction du dispositif, et donc la distribution, pourrait en etre affectée. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande pour la fermeture en deux temps d'une vanne (2) placée sur une conduite (1) de distribution de fluide, du type comprenant un circuit de consigne (4) susceptible de commander des moyens d'actionnement pneumatique reliés à une source d'air (9), grâce à un premier signal de consigne provoquant la fermeture partielle de la vanne jusqu'à une position intermédiaire déterminée par un organe de détection (28), et à un second signal de consigne permettant d'achever la fermeture de la vanne, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comprennent un organe de commande (12) à double effet et un organe de distribution (13) susceptible de commuter la source d'air (9) de la chambre d'ouverture (11) de l'organe de commande à la chambre de fermeture (10) de ce dernier, sous l'action d'un premier signal pneumatique de consigne, l'alimentation de la chambre de fermeture étant contrôlée par un circuit logique pneumatique (14) commandé successivement par un signal émis par l'organe de détection (28) puis par un second signal pneumatique de consigne. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la seconde position du distributeur (13), le circuit logique pneumatique (14), successivement, autorise l'alimentation de la chambre de fermeture (10), puis empeche cette dernière d'etre alimentée, et enfin autorise à nouveau son alimentation sous l'action du second signal pneumatique de consigne. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de detection (28) relié au circuit logique (14) est un interrupteur pneumatique commandé en fonction de la position de fermeture de la vanne (2). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit logique (14) comprend des moyens pour alimenter la chambre de fermeture (10) par une source d'air (9) à plus haute pression pendant la première phase de fermeture, et par une source d'air (4) auxiliaire à pression plus faible pendant la deuxième phase. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit logique (14) comprend une porte OU (26) dont une entrée reçoit le second signal de consigne et l'autre entrée reçoit la sortie d'une porte NON (25) à inhibition (27) reliée en aval à la première sortie (23) du distributeur (13) dont la seconde sortie (24) alimente la chambre d'ouverture (11) de l'organe de commande (12), la commande d'inhibition (27) de la porte NON (25) étant reliée à la pression, via l'organe de détection. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la commande d'inhibition (27) de la porte NON (25) est reliée à la source de pression (9) par la première sortie (23) du distributeur (13). 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, du type dans lequel le circuit de consigne (4) délivre des signaux de consigne électriques, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens transducteurs placésentre le circuit de consigne (4) et d'une part le distributeur (13) et d'autre part le circuit logique (14), susceptibles de transformer en signaux de consigne pneumatiques les signaux de consigne électrique émis par le circuit de consigne. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne est une vanne à boisseau ou une vanne papillon.