Brevet FR2610691A1 — publié le 19880812

VANNE TELEMANIPULABLE DESCRIPTION L'objet de la présente invention est une vanne télémanipulable. Dans certaines industries, on est amené à disposer des vannes dans des locaux inaccessibles à l'intervention humaine à cause des risques de contamination chimique ou radioactive. La maintenance des vannes doit alors être effectuée à l'aide de bras télémanipulables aux possibilités limitées et sous la direction d'un opérateur observant derrière un hublot ou une camera. On est donc amené à utiliser des vannes de conception aussi facilement démontable que possible, d'autant plus que leurs composants en matériaux organiques tendent à se dégrader beaucoup plus rapidement dans ces milieux agressifs. D'après une conception actuellement répandue, les vannes sont soudées à un raccord dont on joint les extrémités aux parties fixes de la tuyauterie. Quand une maintenance est nécessaire, la vanne et le raccord sont enlevés, ce qui entraîne plusieurs inconvénients: d'abord, les tuyauteries sont complètement ouvertes sur le local et y déversent leur contenu, ce qui peut aggraver considérablement sa pollution; ensuite, les composants individuels de la vanne restent peu accessibles et même les remplacements de routine tels que ceux des joints d'étanchéité nécessitent une manipulation assez lourde de pièces dont la durée de vie est infiniment plus importante. La vanne selon l'invention permet par contre des manipulations rapides et aisées par bras télémanipulables ainsi que des démontages partiels au cours desquels on se préoccupe aussi peu que possible des parties de la vanne qui ne nécessitent pas d'intervention. En particulier, l'invention permet de maintenir le corps de la vanne sur la tuyauterie, ce qui simplifie beaucoup la maintenance et empêche, dans une large mesure, l'écoulement des produits qu'elle contient. Plus précisément, l'invention concerne une vanne comprenant un corps fixé de façon permanente sur une tuyauterie, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des ensembles séparables en séquence du corps par des mouvements de translation sensiblement perpendiculaires à la tuyauterie et pourvus de moyens de blocage et de déblocage sur le corps, directement et/ou par l'intermédiaire de certains au moins de ces ensembles, ainsi que des moyens de positionnement et de centrage sur le corps, directement et/ou par l'intermédiaire de certains au moins de ces ensembles. Dans une réalisation préférée, la vanne comprend trois ensembles, le premier ensemble comprenant en particulier un tournant, le deuxième ensemble assurant le blocage ou le déblocage du premier ensemble par rapport au corps, et le troisième ensemble permettant d'actionner le tournant. Avantageusement, le deuxième ensemble est situé à l'opposé du premier ensemble par rapport au corps et comprend un écrou qui prend appui sur le corps et commande des tiges assurant le blocage ou le déblocage du premier ensemble par appuis successifs sur deux épaulements opposés. Si le deuxième ensemble est situé sous le corps, il comprend un dispositif dont la translation commande le blocage ou le déblocage du deuxième ensemble par rapport au corps. Ce dispositif de translation comprend un coin qui, au moment du blocage du deuxième ensemble sur le corps, vient pousser. un jonc partiellement dans une rainure du corps et partiellement au- dessous d'un épaulement du deuxième ensemble. Enfin, il est avantageux de prévoir une pièce plane, par exemple sur le premier ensemble, sur laquelle les différents ensembles et le corps sont positionnés. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la description des différentes figures dont l'énumération suit, et qui sont annexées à titre illustratif et non limitatif: - la figure 1 représente le premier ensemble tel qu'il a été défini plus haut en coupe partielle dans un plan vertical passant par L'axe de la tuyauterie, - la figure 2 représente le corps et le deuxième ensemble, - la figure 3 représente les parties essentielles du premier et du troisième ensemble, - la figure 4 représente l'ensemble de la vanne en éclaté, - les figures 5 à 10 représentent des étapes du démontage de la vanne par des outillages télémanipulables; les figures 5, 6, 9 et 10 sont des vues sous le même angle que les figures 1 à 4; les figures 7 et 8 sont des vues de dessus. On commence par décrire individuellement les principaux ensembles constituant la vanne. Tout d'abord, sur la figure 2 est représenté le corps 1 de la vanne. Il se compose de quatre parties principales: deux raccords de tuyauterie 2 fixés à une tuyauterie non représentée ici, un embout inférieur 3 et un boisseau central 11 dans lequel sont logées les parties mobiles. de la vanne. L'embout 3 est entaillé d'une gorge d'embout 5. Le boisseau 11 s'achève du côté de l'embout 3 par une portée d'écrou 4 de forme annulaire. A l'extrémité supérieure du boisseau 11 sont installés des pions de positionnement 6, ici au nombre de trois. Quatre évidements 7 pour tiges traversent également verticalement le corps 1. Le contact entre le boisseau 11 et d'autres parties de la vanne est assuré tout d'abord par une portée de boisseau 10 qui est une surface conique communiquant avec l'alésage des raccords de tuyauterie 2, ainsi que vers le sommet du corps I par une portée de cage 9 annulaire qui se termine devant un alésage de cage 8 cylindrique. Le corps 1 contient une partie des pièces du premier ensemble ou ensemble interne référencé 20 sur la figure 1. Cet ensemble interne 20 comprend tout d'abord un tournant 21 qui tour à tour ouvre et ferme La vanne. Il est enserré dans une cage 22 qui porte des bagues, non représentées ici car usuelles en soi, & en contact avec le tournant 21 et le boisseau 11 de façon à garantir l'étanchéité entre parties fixes et mobiles de la vanne. Les bagues sont en matériau organique tel que le plastique qui présente un coefficient de frottement réduit. Leur durée de vie est toutefois très inférieure à celle des constituants métalliques de la vanne et il faut prévoir leur remplacement à intervalles de temps assez réduits. Un couvercle 26 est relié à la cage 22 par L'intermédiaire d'un culot 32. Un jonc 29 disposé à la fois dans une rainure du culot 32 et dans un logement de la cage 22 assure la Liaison de la cage 22 et du couvercle 26 tout en autorisant une certaine translation entre ces deux pièces. Par contre, leur déplacement relatif en rotation est interdit par une vis d'arrêt 27. Le couvercle 26 est percé en outre de neuf orifices: trois orifices pour les pions de positionnement 6 du corps 1, deux orifices pour des pions de positionnement 76 de l'actionneur dont on va reparler ci-après, ces divers orifices n'étant généralement pas représentés ici; le couvercle 26 comprend encore quatre orifices à appendice 33 (représentés figures 7 et 8) dont l'orifice proprement dit est représenté par 34 et l'appendice par 35. A la périphérie du couvercle 26 sont également fixées des plaques à chanfrein intérieur 28. Le tournant 21.comprend un axe 37 qui traverse le culot 32 et le couvercle 26 et à l'extrémité duquel est implantée une clé 30 à section polygonale à L'aide d'une vis d'immobilisation 31. La vanne comprend encore un deuxième ensemble ou ensemble de maintien 40 que l'on représente à la fois sur Les figures 2 et 4. Il comprend tout d'abord une plaque support 41 de quatre tiges 42 que l'on peut faire coulisser dans les évidements pour tiges 7 jusqu'à ce que la portée d'écrou 4 vienne en contact avec une portée d'appui de corps 51 (par l'intermédiaire d'une bague d'appui annulaire 50) qui appartient à un écrou 47 mobile dans un taraudage de la plaque support 41. Les tiges 42 comprennent un bout chanfreiné 43 qui peut être de deux types différents afin de disposer d'un repère lors d'un remontage de l'ensemble de maintien 40; elles comprennent également un amincissement 59 qui correspond à la position du couvercle 26 lors du montage de la vanne et qui est limité par un épaulement de déblocage 45 inférieur et par un épaulement de blocage 44 supérieur. Elles comprennent enfin une zone de guidage 46 grâce à laquelle l'immobilisation des tiges 42 est assurée au cours du serrage des écrous 61. L'ensemble de maintien 40 comprend encore un équipement particulier que l'on va décrire à présent. L'écrou 47 est percé, comme on le constate figure 4, d'un alésage 48 luimême entaillé par une gorge de coulissement 49. Un alésage d'embout 60 est exécuté au sommet de l'écrou 47 et relié à l'alésage d'écrou 48 par un épaulement de soutien 58. Quand la vanne est montée, l'embout 3 du corps I est -en contact avec l'alésage d'embout 60 et la gorge d'embout 5 est située juste sous l'épaulement de soutien 58. En face de la gorge d'embout 5 est installé un jonc de retenue 57 dont le diamètre intérieur est plus important que le diamètre de l'embout 3, si bien que l'ensemble de maintien 40 n'est à ce stade de la description pas soutenu par le corps 1 et tomberait sous l'effet de la gravité. C'est pour cela qu'a été prévu un collier 52 de forme générale cylindrique que l'on insère dans l'alésage d'écrou 48. Le collier 52 comprend une gorge de jonc d'arrêt 55 qui contient par conséquent un jonc d'arrêt 54; quand le collier 52 est monté, le jonc d'arrêt coulisse dans la gorge de coulissement 49 dans une position quelconque entre ces deux épaulements. A la partie supérieure du collier 52 est ménagé un coin 56 qui, lorsque le collier 52 est repoussé vers le haut, tend à plaquer le jonc de retenue 57 dans la gorge d'embout 5. Quand le collier 52 a été complètement repoussé, le jonc de retenue 57 est comprimé dans le sens radial et exerce une force de coincement entre l'embout 3 et le collier 52; parallèLement, il empêche l'ensemble de maintien 40 de tomber en établissant un contact entre l'épaulement de soutien 58 et l'épaulement inférieur de la gorge d'embout 5. Pour dégager l'ensemble de maintien 40 du corps 1, il suffit de faire redescendre le collier 52 jusqu'à ce que le jonc de retenue 57 soit libéré. Une collerette 53 qui dépasse de l'écrou 47 permet d'effectuer ces déplacements du collier 52 d'une manière très aisée. La vanne comprend encore un troisième ensemble ou actionneur référencé 70 et dessiné pour sa partie la plus importante - le reste est connu en soi figure 3. Il comprend essentiellement une plaque de positionnement 71 percée d'orifices non représentés ici et destinés à recevoir les extrémités chanfreinées 43 des tiges 42, ainsi que les extrémités des pions de positionnement 76 du couvercle 26 dont un seul est représenté ici. Une arcade de précentrage 72 s'adapte sur les plaques à chanfrein 28 et réalise un premier contact avec le reste de la vanne au cours du montage. Le tournant 21 peut être actionné par l'intermédiaire d'une clé d'actionneur 73 dont l'extrémité est de forme complémentaire de celle de la clé 30'et dont l'engrènement est assuré à l'aide d'un ressort 74 qui permet à la clé d'actionneur 73 de coulisser dans un logement 75 et qui crée une force parallèle à l'axe commun des deux clés. L'ensemble de la vanne est représenté schématiquement sur la figure 4. L'ensemble interne 20 est placé au-dessus du corps 1 et maintenu par gravité. De même, l'actionneur 70 est au- dessus de l'ensemble interne 20 et maintenu sur ce dernier par gravité. Enfin, l'ensemble de maintien 40 est situé sous le corps 1 et maintenu en place à l'aide du collier 32 et du jonc de retenue 57; toutefois, ce dispositif est insuffisant en service normal, et c'est pourquoi les tiges 42 sont utilisées à la fois pour maintenir la plaque support 41 à l'aide d'écrous de blocage 61 et pour maintenir sotidement l'engagement de L'ensemble interne 20 et du corps 1, les épaulements de blocage 44 appuyant alors sur ta face supérieure du couvercle 26. Les tiges 42 servent donc avant tout de tirants. Dans le cas d'une opération de maintenance, la vanne décrite ici fait l'objet de manipulations particulières et simplifiées de démontage et de remontage qui justifient l'intérêt porté à l'invention. C'est ce qui va être maintenant décrit à l'aide des figures 5 à 10. Lors d'un démontage de la vanne, la première opération consiste à 6ter l'actionneur 70. C'est ce que représente la figure 5. Il suffit en fait de soulever l'actionneur 70 à l'aide d'un bras de téLémanipulateur terminé par une pince 90 agissant sur une poignée adaptée 95. Les arcades de précentrage 72 et les plaques à chanfrein 28 d'une part, la clé d'actionneur 73 et la clé 30 d'autre part se trouvent disjointes. L'actionneur 70 peut alors être examiné ou remplacé. L'étape suivante consiste à extraire l'ensemble interne 20. Pour cela, on procède en deux étapes. La première est un déblocage. En effet, les surfaces de contact de l'ensemble interne 20 et du corps 1 sont coincées et les télémanipulateurs n'ont pas la force suffisante pour procéder à une extraction directe. C'est en partie pour cette raison qu'un ensemble de maintien 40 a été prévu. En effet, le dévissage de l'écrou 47 auquel on procède alors amène à soulever la plaque support 41 et donc les tiges 42. Le couvercle 26 jusqu'alors plaqué vers le bas par tes vis 42 et en contact avec les épaulements de blocage 44 se trouve maintenarnt appuyé sur les épaulements de déblocage 45 et soulevé. Pendant ce temps, le jonc de retenue 57 est plaqué par le coin 56 dans la gorge d'embout 5 et rend donc l'écrou 47 solidaire du corps 1. Cette étape est représentée par la figure 6. On procède ensuite à l'extraction proprement dite de l'ensemble interne 20. Une pince 90 prend appui sur une poignée 92 du couvercle 26 et lui imprime une rotation afin d'arriver à l'état de la figure 8 à partir de l'état de la figure 7. Les amincissements 59 des tiges 42, qui étaient jusqu'alors logés dans les appendices 35 des orifices à appendice 33, se trouvent maintenant dans les orifices proprement dits 34 dont le diamètre est supérieur à celui des bouts chanfreinés 43. Cette rotation a été rendue possible parce que l'opération de déblocage décrite précédemment a dégagé le couvercle 26 des pions de positionnement 6. La pince 90 soulève et enlève alors l'ensemble interne 20, comme le représente la figure 9. Elle peut alors l'amener à un poste de travail pourvu d'outils de télémanipulation aux possibilités plus étendues, qui peuvent en particulier disjoindre le couvercle 26 de la cage 22. La description peut être faite simplement à l'aide de la figure 1. On commence par dévisser la vis d'immobilisation 31 et la vis d'arrêt 27 qui immobilise en rotation le couvercle 26 et la cage 22; ces deux dernières pièces sont alors saisies et écartées au maximum l'une de l'autre puis mises en rotation de telle manière que le jonc 29 sort de sa rainure et peut être extrait après que le culot 32 a été sorti. Pour extraire le tournant 21 de la cage 22, il suffit de placer sur la cage 22 une entretoise d'épaisseur suffisante, de replacer la clé 30 à l'extrémité de l'axe 37 et de serrer la vis d'immobilisation 31: on crée alors une force de traction dans la vis d'immobilisation 31 qui entraîne l'extraction et le dégagement du tournant 21. Toutes les parties à usure fapide de l'ensemble interne 20, c'est-à-dire en particulier les bagues d'étanchéité entre le tournant 21 et la cage 22 d'une part, la cage 22 et le boisseau 11 d'autre part, peuvent alors être facilement remplacées.. En principe, les opérations de démontage et de maintenance que l'on vient de décrire doivent être suffisantes. Cependant, il peut être nécessaire dans certains cas d'extraire également l'ensemble de maintien 40. On procède alors comme indiqué figure 10: on dispose un doigt 93 sur la face supérieure de la collerette 53 et une pince de soutien 94 solidaire du doigt 93 juste au-dessus de la plaque support 41 pour limiter la course du collier 52 dans l'alésage 48 de l'écrou 47. Dans une première opération, le doigt 93 tire la collerette 53 vers le bas, ce qui supprime le contact entre le coin 56 et le jonc de retenue 57 qui sort donc de la gorge d'embout 5 comme le représente la moitié droite de la figure 4. L'ensemble de maintien est donc désolidarisé du corps 1 et peut être transporté par l'outil constitué par le doigt 93 et par la pince de soutien 94. Le remontage de la vanne ne sera pas décrit en détail ici car il implique, dans l'ordre inverse du démontage, les opérations exactement complémentaires de celles décrites ci- dessus. La seule différence consiste en ce que l'insertion des pions de positionnement, de centrage ainsi que des tiges 42 dans le couvercle 26 doit être réalisée, ce qui nécessite une délicatesse de manipulation un peu plus importante. Néanmoins, les problèmes ainsi soulevés ne nécessitent pas d'outillage télémanipulable particulier et peuvent donc être facilement résolus par l'homme de l'art. La description des figures ne concerne cependant qu'une réalisation favorite de l'invention dans laquelle l'actionneur 70 et l'ensemble interne 20, qui sont les ensembles qui nécessitent les maintenances les plus nombreuses, sont extraits par soulèvement simple et déposés par gravité. D'autres réalisations peuvent être envisagées tout en restant dans le cadre de l'invention tel qu'il est défini par les revendications. REVENDICATIONS 1. Vanne comprenant un corps (1) fixé de façon permanente sur une tuyauterie, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des ensembles séparables (20, 40, 70) en séquence du corps (1) par des mouvements de translation sensiblement perpendiculaires à la tuyauterie, lesdits ensembles séparables étant pourvus de moyens de blocage et de déblocage (33, 59; 52, 57) sur le corps (1), directement et/ou par l'intermédiaire de certains au moins de ces ensembles, ainsi que de moyens de positionnement (6, 26, 43, 76, 28, 72) sur le corps (1), directement et/ou par l'intermédiaire de certains au moins de ces ensembles. 2. Vanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend trois ensembles (20, 40, 70), le premier ensemble (20) comprenant en particulier un tournant (21), le deuxième ensemble (40) assurant le blocage ou le déblocage du premier ensemble (20) par rapport au corps (1), et le troisième ensemble (70) permettant d'actionner le tournant (21). 3. Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le troisième ensemble (70) est placé au-dessus du premier ensemble (20) et maintenu en place par gravité. 4. Vanne suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le troisième ensemble (70) actionne le tournant (21) par engrènement (30, 73) de deux arbres coaxiaux leur appartenant respectivemernt et qui sont rapprochés par un mécanisme à ressort (74). 5. Vanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le deuxième ensemble (40) est situé à l'opposé du premier ensemble (20) par rapport au corps (1) et comprend un écrou (47) qui prend appui sur le corps (1) et commande des tiges (42) assurant le blocage ou le déblocage du premier ensemble (20) par appuis successifs sur deux épaulements (44, 45) opposés. 6. Vanne suivant la revendication 5 et dans laquelle le deuxième ensemble (40) est situé sous le corps (1), caractérisée en ce que ledit deuxième ensemble (40) comprend un dispositif (52) dont la translation commande le blocage ou le déblocage du deuxième ensemble (40) par rapport au corps (41). 7. Vanne suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif (52) comprend un jonc timiteur de translation (54) qui lui est solidaire et qui coulisse entre les deux épaulements d'une gorge (49) du deuxième ensemble (40). 8. Vanne suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le dispositif de translation (52) comprend un coin (56) qui, au moment du blocage du deuxième ensemble (40) sur le corps (1), vient pousser un second jonc (57) partiellement dans une gorge (5) du corps (1) et partiellement au-dessus d'un épaulement (58) du deuxième ensemble (40). 9. Vanne suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce plane (26) sur laquelle les différents ensembles (20, 40, 70) et le corps (1) sont positionnés. 10. Vanne suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la pièce plane (26) appartient au premier ensemble (20).