Brevet FR2614669A1 — publié le 19881104

Valve hydraulique à trois voies. La présente invention concerne une valve hydrau- lique à trois voies, à centre ouvert, destinée à raccor- der sélectivement un circuit d'utilisation soit à une source à haute pression (position admission), soit à un réservoir à basse pression (position purge), ladite valve étant actionnée hydrauliquement par un vérin hy- draulique pilote qui est mis en relation, par l'intermé- diaire d'un circuit de contrôle, soit avec une source à haute pression, soit avec un réservoir à basse pression pour amener la valve dans l'une ou l'autre de ses positions. Une telle valve trouve une application particu- lièrement importante dans le cas de la commande hydrau- lique des disjoncteurs électriques à haute tension et elle comporte en général dans ce cas un circuit hydrau- lique dit "d'auto-maintien" permettant d'appliquer un signal de pression fugitif au circuit de contrôle préci- té du vérin pilote, ce circuit d'auto-maintien mainte- nant la valve dans la position (admission ou purge) à laquelle l'a amené le signal de pression fugitif préci- té, après disparition de ce signal de pression. Une valve de ce genre a été décrite dans le brevet français No 1.098.565 déposé le 15 janvier 1954 (ou brevet US No 2.900.960) et elle est devenue classi- que pour la commande hydraulique des disjoncteurs Z614669 électriques à haute tension. Une telle valve devant être absolument étanche dans chacune de ses positions, admission ou purge, ne comporte pas des tiroirs, mais des clapets, à savoir, un clapet d'admission et un clapet de purge. Dans sa réalisation classique, les clapets admission et purge nécessitent pour leur bonne conserva- tion et leur fiabilité d'être parfaitement guidés de fa- çon que leur application sur leurs sièges respectifs se produise toujours sur les mêmes empreintes; par suite les deux clapets sont physiquement indépendants et ne réagissent l'un sur l'autre que par poussée; le clapet admission, mobile du côté source haute pression par rapport au siège, étant poussé par un ressort et le cla- pet purge côté source basse pression par rapport à son siège étant poussé par ledit vérin hydraulique pilote. De cette façon, en cas de manque de pression dans la source haute pression, le clapet admission est fermé sous l'effet de son ressort et le clapet purge est ouvert. En cas de mise en pression de la source haute pression, la valve est étanche et ne s'oppose pas à la mise en pression puisque, le clapet d'admission étant fermé, il n'y a pas de communication entre la haute pression et la purge. Une particularité de ces valves, dans le cas de leur application à la commande des disjoncteurs à haute tension, est que lors de la commande de déclenchement des disjoncteurs, qui correspond à la position purge, il faut que le délai d'actionnement soit le plus faible possible de l'ordre de la milliseconde. En conséquence, 2Z614669 la course entre la position purge fermée et admission fermée est de l'ordre de quelques 1/10 de mm (de l'or- dre du 1/4 du diamètre de l'orifice des sièges de cla- pets), ce qui diminue d'ailleurs la fuite pendant le passage des positions intermédiaires entre position ad- mission et position purge (valve à centre ouvert). En conclusion, une telle valve classique, en cas de disparition de la pression de la source haute pression, prend naturellement une position stable, qui est la position "purge". Dans de nombreuses commandes hydrauliques de disjoncteur, on utilise, pour actionher le contact mobi- le du disjoncteur, un vérin différentiel dans lequel la chambre annulaire du vérin est soumise en permanence à la haute pression de la source, de façon à solliciter en permanence le disjoncteur vers sa position ouverte. Un exemple d'une telle commande hydraulique a été dé- crit et représenté dans le brevet français No 2.317.532 déposé le 7 juillet 1975 (ou US No 4.026.523). Mais, come on le verra plus en détail dans la description qui suit, ce type de valve connue, lorsqu'il est utilisé pour contrôler l'alimentation/purge d'un tel vérin différentiel, entraîne certains inconvénients. de fonctionnement (manoeuvre lente) pour les disjoncteurs, en cas de baisse ou d'annulation de la pression de la source de pression. On doit donc, en général, prévoir un système de commande de déclenchement automatique du disjoncteur en cas de baisse de pression en-dessous d'un certain seuil, de façon à éviter toute manoeuvre lente du disjoncteur. 6 14669 Mais, aans certains réseaux de distribution électrique, il n'est pas accepté que de tels déclenche- ments automatiques des disjoncteurs se produisent.et on préfère, au contraire, que les disjoncteurs soient main- tenus en position fermée. C'est pourquoi on a parfois prévu des systèmes de verrouillage en position fermée des disjoncteurs eux- mêmes, mais ceci est compliqué du point de vue de la réalisation et diminue en fait la sécurité. Il a été proposé également des dispositifs pour empêcher dans certains cas la valve de revenir à sa position de repos (position purge, correspondant à la position ouverte du disjoncteur) , notamment en cas de baisse de pression de la source, mais de tels dispositifs sont d'une réalisa- tion délicate et d'un fonctionnement peu sûr, en parti- culier à cause de la faible course indiquée ci-dessus des clapets. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients grâce à une valve à trois voies qui a deux positions stables, position de purge et position d'admission. L'invention a pour objet une valve hydraulique à trois voies à centre ouvert, comportant un clapet d'admission et un clapet de purge qui sont physiquement indépendants mais qui coopèrent entre eux en poussée, le clapet d'admission étant sollicité vers la position fermée par un ressort et le clapet de purge étant ac- tionné vers la position fermée par un vérin hydraulique pilote, ladite valve étant caractérisée: en ce que le clapet de purge est également soumis à l'action d'un deuxième ressort, la sollicitant également vers la posi- tion fermée en opposition au premier ressort du clapet d'admission, ledit deuxième ressort étant prépondérant par rapport audit premier ressort de façon à tendre à maintenir la valve en position admission en l'absence de pression hydraulique; et en ce que le clapet de purge est pourvu d'un mécanisme de semi-verrouillage élastique à résistance limitée qui retient ledit clapet de purge en position ouverte, à l'encontre de la force seule du deuxième ressort tendant à fermer ledit clapet, mais qui libère ledit clapet vers la position fermée sous l'effet conjoint dudit deuxième ressort et de la poussée du vé- rin hydraulique pilote. Grâce à ces dispositions on réalise une valve bistable qui peut rester dans celle de ses positions (admission ou purge) o elle a été amenée volontairement par son vérin hydraulique pilote. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins an- nexés. Sur ces dessins: la figure 1 est une représentation schématique d'une commande hydraulique de disjoncteur à laquelle s'applique la valve de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe. de la valve de l'invention en position purge, la figure 3 est une vue en coupe de la même valve en position admission. Une commande hydraulique de disjoncteur, à la- quelle s'applique la valve suivant l'invention, a été schématiquement représentée sur la figure 1. 2.614669 Le contact mobile 2 du disjoncteur est attelé à la tige sortante 4 du piston 6 d'un vérin différentiel 8. La chambre annulaire 10 du vérin différentiel est re- liée en permanence, par des canalisations 12, 14 à un. accumulateur oléo-pneumatique 16 constituant la source haute pression. La chambre principale 18 du vérin comporte un orifice d'admission/purge 20 qui peut être relié sélecti- vement par une valve à trois voies 22 soit à l'accumula- teur 20 soit à un réservoir à basse pression 24. Dans la première configuration, la valve 22 établit la communica- tion entre l'orifice 20 et un orifice d'admission 26 de la valve (position admission, indiquée en traits pleins); dans la deuxième configuration, la valve 22 établit la communication entre l'orifice 20 et un orifice dé purge 28 de la valve (position purge, indiquée en traits in- terrompus). La commutation de la valve 22, de l'une à l'autre de ses positions, est assurée par un circuit hydraulique de contrôle 30 qui aboutit à une entrée de contrôle 32 de la valve 22. Dans la position représentée sur la figure 1, la valve est en position admission, le disjoncteur est en position fermée, le contact mobile 2 réunissant les contacts fixes 34, 34'. Pour amener le disjoncteur en positipn ouverte, il suffit de mettre la valve 22 en po- sition purge, la haute pression régnant dans la chambre repoussant le piston 6 et éloignant le contact mobi- le 2 du contact fixe 34. Une commande hydraulique de ce genre, pour disjoncteurs, est bien connu et a été représenté par exemple (figure 3) dans les brevets français numéro 2.317.532 déposé le 7 juillet 1975 (ou US No 4.026.523). La valve 22 représentée en coupe sur la figure 2 comprend les éléments suivants qui sont connus: un corps de valve 36 comportant différents perçages qui définissent un orifice d'utilisation 38, ou orifice admission/purge qui est relié à l'orifice admission/ purge 20 du vérin 8 (figure 1), un orifice d'admission 26, un orifice de purge 28 et un orifice de pression de contrôle 32. Dans un perçage axial du corps de valve 36, sont logés un clapet d'admission 40, qui coopère avec un siège 42, et un clapet de purge 44, qui coopère avec un siège 46. Le clapet d'admission 40 est sollicité vers la position fermée par un ressort 48. Le clapet de purge 44 est solidaire d'un piston 49 coulissant dans un per- çage 50 constituant le cylindre du vérin pilote hydrau- lique de. la valve. La chambre 52 du vérin pilote reçoit, par l'orifice 32, le signal de contrôle (haute pression ou basse pression) émis par le circuit de contrôle 30. Comme on le voit sur la figure 2, les deux cla- pets 40 et 44 sont deux pièces physiquement indépendan- tes qui n'agissent l'une sur l'autre qu'en poussée par l'intermédiaire d'une tige de poussée 54 solidaire de l'un des clapets, dans l'exemple le clapet de purge 44. Il faut noter également que les clapets sont guidés au coulissement dans leurs perçages respectifs 26146i9 par des guidages 56, 56', 56", de façon à s'appliquer parfaitement sur leurs sièges respectifs. Tous les éléments qui viennent d'être décrits sont les éléments classiques existant dans une valve connue pour la commande des disjoncteurs. On voit que, avec le seul ressort 48 agissant sur le clapet d'admis- sion 40, une telle valve connue vient, au repos, en l'absence de pression, sensiblement dans la position re- présentée sur la figure 2, c'est-à-dire clapet d'admis- sion 40 fermé et clapet de purge 44 ouvert. Cependant une telle valve connue, dans le cas o elle est utilisée pour contrôler un vérin différen- tiel, tel que celui de la figure 1, présente un inconvé- nient. En effet, le disjoncteur étant dans la position fermée, s'il se produit une baisse de pression de la source haute pression (par exemple du fait d'une fuite), le disjoncteur reste en position fermée puisque la même pression (bien qu'inférieure à la haute pression norma- le) s'exerce sur les deux faces du piston 6 du vérin principal 8 (figure 1). Si la pression vient à s'annuler, la valve sous l'effet du ressort de rappel du clapet d'admission revient à sa position de repos, c'est-à-dire la position purge (clapet d'admission fermé, clapet de purge ouvert). Dans cette condition,'lorsqu'on remet le circuit hydraulique en pression, la pression s'établit seulement, dans le vérin différentiel 8 (figure 1), dans la chambre annulaire 10 puisque la chambre principale 18 est mise à la purge par,la valve 22, ce qui fait que le disjonc- teur passe lentement de sa position fermée à sa position ouverte, ce qui est inadmissible et nécessite donc de prévoir un système de sécurité tel qu'une commande de déclenchement automatique en cas de baisse de pression. La valve suivant l'invention comporte, en plus des éléments connus qui viennent d'être décrits, un deu- xième ressort 58 qui prend appui d'une part contre une partie 60 du corps de valve et contre la face supérieure du piston pilote 49 pour solliciter le clapet de purge 44 vers la position fermée. Ainsi chacun des deux cla- pets (40, 44) est soumis à l'action d'un ressort (48, 58) tendant à l'appliquer sur son siège, mais, suivant l'invention, le ressort 58 du clapet de purge 44 est plus fort que le ressort 48 du clapet d'alimentation, ce qui fait que l'ensemble des clapets tend à prendre la position stable représentée sur la figure 3 avec le clapet de purge 44 fermé et le clapet d'admission 40 ouvert. D'autre part, la valve suivant l'invention com- porte un mécanisme de semi-verrouillage élastique/du clapet de purge: Ce mécanisme présente une résistance limitée adaptée à retenir le clapet de purge 44 en posi- tion ouverte (voir figure 2), à l'encontre de la force du ressort 58 qui tend à le fermer, en l'absence de pression hydraulique de contrôle sur le piston 48 du vérin pilote 50. Mais cette résistance est insuffisante pour retenir le clapet de purge en position ouverte lorsque celui-ci est soumis, en plus de l'action du res- sort 58, à la poussée du piston pilote, ce qui amène le clapet de purge 44 en position fermée (voir figure 3) et, par conséquent, le clapet d'admission 40 en position ouverte. Suivant le mode de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, ce mécanisme de semi-verrouillage comprend, d'une part, sur la tige 60 du clapet de purge 44, une rampe 62 et, d'autre part, dans le corps de val- ve 36 un poussoir élastique, constitué de préférence par une (ou plusieurs) bille(s) 64 appliquée(s) par un ressort 66 contre la tige 60 du clapet de purge. Le fonctionnement de la valve ressort suffisam- ment de ce qui précède pour qu'il suffise d'indiquer que, dans la position purge (figure 2), qui correspond à la position ouverte du disjoncteur, il n'y a pas de pression dans la chambre 52 du vérin pilote et que le clapet de purge 44 est retenu en position ouverte par l'appui de la rampe 62 contre la bille 64, la force du ressort 58 seule étant insuffisante pour surmonter la résistance de la bille 64 contre la rampe. Le clapet de purge étant ouvert, il laisse remonter, sous l'effet de son ressort 48, le clapet d'admission 40 qui est ainsi fermé. Pour fermer le disjoncteur, on envoie l'ordre de pression dans le vérin pilote. L'effet conjugué de la pression sur le piston pilote 49 et du ressort 58 fait que la rampe 62 peut surmonter la force exercée sur la bille 64 par le ressort 66. Le clapet de purge 44 vient donc en position fermée (figure 3) et repousse le clapet d'admission 40, à l'encontre de son ressort 48, par poussée de l'extrémité de la tige 54. Le clapet d'admission est donc ouvert et la haute pression, admise par l'orifice d'admission 26, est transmise, par l'ori- fice d'utilisation 38, à la chambre principale 18 du il vérin différentiel 8 (figure 1). Le disjoncteur vient donc en position fermée. Pour commander le déclenchement du disjoncteur, le vérin pilote 50 est mis à la purge par le circuit de contrôle 30. La haute pression régnant dans le circuit d'utilisation repousse énergiquement l'ensemble "clapet de purge-piston du v é r i n p i 1 o t e" à l'encontre du ressort 58. Le piston recule jusqu'à sa butée de fin de course (par exemple par venue en butée du guidage 56" contre la bille ou tout autre système de limitation de course) et le clapet de purge 44 reste en position ouverte, du fait de l'accrochage de la rampe 62 contre la bille 64. Simultanément, le clapet d'admis- sion 40, libéré de la poussée du clapet de purge, se ferme sous l'action combinée de la haute pression et de son ressort de rappel 48 (figure 3). La chambre princi- pale 18 du vérin différentiel 8 (figure 1) est ainsi mise à la purge et le contact mobile du disjoncteur est ramené en position ouverte sous l'effet de la haute pression permanente régnant sur la face annulaire du piston 6. - Dans le cas o, lorsque le disjoncteur est en position ferrmée (valve en position admission, figure 3), il se produit une baisse lente de la pression dans le circuit hydraulique, la pression baisse également dans le vérin pilote 50, mais les clapets 44 et 40 restent dans la même position, grâce à la force du ressort pré- pondérant 58 du clapet de purge. Le vérin différentiel 8 n'est donc pas mis à la purge et le disjoncteur reste en position fermée. 261-4669 A la remise en pression du circuit hydraulique, la valve étant en position admission, la chambre princi- pale 18 du vérin différentiel est alimentée en même temps que la chambre annulaire 10 de ce vérin, si bien qu'il n'y a pas de risque d'ouverture lente du disjoncteur, comme c'était le cas avec une valve à trois voies connue. On voit donc qu'il n'y a pas à prévoir de systè- me de commande de déclenchement automatique du disjonc- teur en cas de baisse de pression, ni dispositif inhibi- teur de ce système pour maintenir le disjoncteur en position fermée. La valve suivant l'invention présente donc deux positions (admission et purge) stables. L'une des difficultés de la réalisation d'un verrouillage des clapets, dans une valve à trois vbies pour la commande des disjoncteurs, provenait du fait que la levée des clapets est très faible (pour obtenir une réponse très rapide), comme cela a été rappelé dans l'introduction de la présente description. Dans une valve suivant l'invention, il faut bien noter que les deux clapets sont des pièces séparées et que le mécanisme de semi-verrouillage agit sur le clapet de purge seul. Tout en respectant la condition de la faible levée du clapet d'admission 40 nécessaire pour obtenir un faible délai de déclenchement du disjoncteur, le dé- placement du clapet de purge 44 peut être relativement important ce qui permet d'établir sans compromis déli- cats un mécanisme de semi-verrouillage fiable de l'en- semble clapet de purge, piston du vérin auxiliaire; pour l'enclenchement, il n'y a pas de délai impératif, la seule condition à réaliser est que ce délai soit constant. C'est pourquoi on prévoit, comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, une course plus importante pour le clapet de purge 44 que pour le clapet d'admission et c'est pourquoi il existe, en position de purge (figure 2) un jeu, ou course morte, 68 entre l'extrémité de la tige de poussée 64 du clapet de purge et le sommet du clapet d'admission 40. Dans les commandes hydrauliques pour disjoncteurs électriques, auxquelles s'applique plus particulièrement la valve suivant l'invention, l'ordre de mise en pression (ou de mise hors pression) appliqué au vérin pilote 50, 49 de la valve à trois voies est seulement un signal fu- gitif qui est ensuite maintenu par un circuit hydraulique dit "circuit d'auto-maintien". Un tel circuit d'auto- maintien est bien connu et a été décrit dans le brevet français précité No 1.098.565 (ou US No 2.900.960). Ce circuit peut être incorporé à la valve suivant l'inven- tion, comme il a été représenté en traits interrompus sur la figure 3, et comprend une canalisation 70 sur la- quelle est interposé un 1 i m i t e u r d e d é b i t 72, ladite c a n a 1 i s a t i o n 70 mettant en commu- nication la conduite d'utilisation 38 de la valve avec la chambre 52 du vérin pilote 50,49. REVENDICATIONS 1. Valve hydraulique à trois voies à centre ou- vert, notamment pour circuit hydraulique de commande d'un disjoncteur électrique dont le contact mobile est actionné par un vérin différentiel, qui comprend un cla- pet d'admission (40) et un clapet de purge (44), physi- quement indépendants et réagissant l'un sur l'autre en poussée, ledit clapet d'émission étant sollicité vers la position fermée par un ressort (48) et ledit clapet de purge étant actionné vers la position fermée par la mise en pression d'un vérin hydraulique pilote (49, 50), ladite valve étant caractérisée: en ce qu'elle compor- te un deuxième ressort (58) agissant sur le clapet de purge (44) pour solliciter ledit clapet vers la posi- 15. tion fermée; en ce que ledit deuxième ressort (58) est plus fort que le premier ressort (48); et en ce qu'il est prévu, sur le clapet de purge, un mécanisme de semi- verrouillage élastique à résistance limitée (62, 64; 66) qui est adapté à retenir le clapet de purge en position ouverte, à l'encontre de l'action du deuxième ressort (58), en l'absence de pression hydraulique dans le vérin pilote (49, 50),oet qui est adapté à libérer ledit cla- pet jusqu'à sa position fermée lorsque ledit clapet est soumis à la fois à l'action du deuxième ressort (58) et à l'action du vérin pilote mis en pression. 2. Valve suivant la revendication 1, caractéri- sée en ce que le mécanisme de semi-verrouillage comprend, sur une tige de liaison (60) réunissant le clapet de purge (44) au piston (48) du vérin pilote (49, 50), une rampe en saillie (42) et comprend au moins un poussoir élastique (64, 66), porté par le corps (36) de ladite valve, coopérant avec ladite rampe. 3. Valve suivant la revendication 2, caractéri- sée en ce que le poussoir précité comprend au moins une bille (64) sollicitée vers la tige de liaison (60) du clapet de purge (44) par un ressort (66). 4. Valve suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la course de déplacement du clapet de purge (44) est plus grande que celle du clapet d'admission (40). 5. Valve suivant la revendication 4, caractéri- sée en ce que le clapet de purge (44) agit en poussée sur le clapet d'admission (40) par l'intermédiaire d'une tige de poussée (54) solidaire du clapet de purge (44) et en ce que, dans la position "purge" de la valve, l'extrémité de la tige de poussée est éloignée du cla- pet d'admission (40) d'un intervalle (68). 6. Valve suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'un circuit d'auto-maintien (70, 72) est incorporé au corps (36) de ladite valve.