Brevet FR2647177A1 — publié le 19901123

La présente invention se rapporte à une électro- vanne pour l'écoulement de fluides, laquelle est télé- commandée et est conçue pour pouvoir occuper deux états ou positions, l'un appelé "ouvert" pour permettre le passage du fluide et l'autre appelé "fermé" pour empêcher ce passage. Cette vanne est télécommandée au moyen de signaux électriques codés à travers deux fils; elle peut également être commandée manuellement au moyen d'un levier d'actionnement manuel incorporé, du moment que les conditions déterminées indiquées ci-après soient remplies. L'ordre codé qui sera appelé "permission de ré- armement" bien que ne modifiant pas en lui-même la position antérieure de la vanne (ouverte ou fermée), met l'appareil en un état dans lequel un opérateur peut ouvrir ou fermer la vanne à volonté, en agissant sur le levier d'actionne- ment manuel. L'ordre codé que l'on appellera "coupure",au contraire,détermine directement que la vanne est en position de "fermeture, empêchant ainsi le passage du fluide. Cela met l'appareil en un état o la vanne ne peut ni s'ouvrir ni se fermer en agissant sur le lavier d'actionnement manuel. L'ordre codé que l'on appellera "désactionnement" permet que,lorsque la vanne est à l'état "permission de réarmement", les câbles d'alimentation et de commande soient mis en court-circuit sans que la vanne ne passe automatiquement à l'état de "coupure". En résumé, on peut dire qu'il s'agit d'une vanne de passage ou d'écoulement, qui a deux états dans l'un d'entre eux,elle se comporte comme une vanne normale à actionnement manuel et dans l'autre état se produit la coupure de la vanne laissant sans fonction le mécanisme de réarmement manuel. La vanne passe à ce second état pour diverses causes, soit parce que l'ordre est donné par les mêmes câbles que ceux de commande et d'alimentation ou bien parce qu'il se produit un défaut dans ceux-ci (fils cassés, courts-circuits etc.).L'unique possibilités une fois qu'elleest àcesecond état, de retourner au premier, est au moyen d'un ordre donné à travers les c bles de commande et d'alimentation. L'ordre de "désac- tionnement n peut être utilisé afin de pouvoir manipuler les lignes ou les équipements de contrôle associés pendant des interventions autorisées, sans provoquer la fermeture de cette vanne. Cet appareil peut être d'utilité dans toutes les industries en général qui traitent, transportent ou distribuent des fluides, dans des applications o l'on utilise traditionnellement une vanne télécommandée: situation en des lieux inacessibles ou d'accès difficile pour cause d'emplacement physique (applications souter- raines, terrestres avec accès difficile, coûteux ou juridiquement restreint), situation en des lieux d'accès restreint pour cause d'ambiance dangereuse (température élevée, atmosphèreschimiquement ou biologiquement conta- minées,atmosphèresexplosives, pulvérulentes ou avec une haute humidité ambiante), et enfin dans des applications o il faut un fonctionnement manuel uni à une sécurité de coupure face à des pannes ou pour des causes d'alarmes. Afin de justifier l'innovation et les avantages dérivés de la nouvelle conception de la vanne selon l'invention, les caractéristiques et fonctions corres- pondant aux vannes et électrovannes actuellement commer- cialisées et connues seront citées. Les électrovannes qui peuvent être actuellement rencontrées sur le marché peuvent être divisées en deux grandes familles: celles qui nécessitent un fonctionnement à une tension permanente, et celles à impulsions. On les appellera respectivement du type P et du type I. Les caractéristiques de premières peuvent se résumer comme suit: Consommation élevée. Nécessité de maintenir la présence d'une tension pour maintenir l'une des deux positions-de travail, et absence de tension pour l'autre. Grande variété des formes et valeurs de tension de travail. Si les fils de connexion sont ouverts ou mis en court-circuit, elles passent en position de repos (laquelle peut être, selon le type, le passage ou le non passage du fluide). Elles ne disposent pas d'un levier extérieur pour actionnement manuel. Les caractéristiques principales des vannes à impulsions sont les suivantes: L'application d'une impulsion de tension les fait changer d'état. Comme elles ne nécessitent pas l'application permanente d'une tension, leur consommation est bien réduite. Elles ne changent pas d'état lorsd'une coupure ou d'une mise en courtcircuit des câbles de connexion. Elles ne disposent pas d'un levier extérieur pour actionnement manuel. En plus de ces deux types fondamentaux d'électro- vannes, il existe aux Etats Unis d'Amérique un type particulier d'électrovanne caractérisé en ce qu'elle peut être fermée à distance au moyen d'une connexion à deux fils. Néanmoins,cette vanne peut toujours être réarmée mécaniquement, indépendamment du fait que l'ordre de coupu- re a été donné ou non. Par le fait qu'une fois coupée, seules les personnes autorisées peuvent effectuer le réarmement, elles doivent être pourvues d'un levier mécanique spécial que l'on utilise directement sur le corps de la vanne. Pour le réarmement il est nécessaire que la personne autorisée ait accès à la vanne. D'autre part, la longueur maximale du câble de connexion pour la coupure seulement est de 30 mètres. On appellera cette vanne,dans le cadre de la présente description, électrovanne du type T. Dans chacun des types de vannes cités, les aspects fondamentaux dont il faut tenir compte sont les suivants: Consommation. Fraudabilité. Autocoupure dans le cas d'une avarie dans les fils de connexion. Possibilité de commande manuelle. Possibilité de connaître à distance l'état o la vanne se trouve. Nombre de fils de connexion et longueur maximale de ceux-ci. Aucune des vannes citées ci-dessus ne permet d'optimiser tousces points. Celles du type P possèdent la propriété d'auto-coupure dans le cas d'une avarie dans les câbles de connexion, mais au prix d'une consom- mation élevée. Celles du type I présentent une consomma- tion réduite mais ne répondent pas à la coupure ou au court-circuit des câbles de connexion. Aucun des deux types P ou I ne possède des caractéristiques spéciales anti-fraude. Aucun des types P, I ou T n'a la possibilité d'une commande manuelle, ni la possibilité de savoir à distance l'état de la vanne. Le nombre de fils est de deux dans tous les cas, mais dans le cas T, leur longueur est limitée à 30 mètres. Aucun des types P. I ou T ne peut être actionné directement par un dispositif détec- teur de gaz, en applicationsde sécurité. En tenant compte de tout ce qui a été exposé ci- dessus, la présente invention a pour objet une électro- vanne réunissant les aspects fondamentaux antérieurement indiqués, et pour laquelle on a conçu un nouveau système auquel on se référera du point de vue structure et électronique, qui a pour conséquence une nouvelle électrovanne qui réunit toutes les caractéristiques et prestations que l'on exposera ci-dessous. 1. Présente une consommation continue qui n'est que de quelques mW. - 2. Provoque la fermeture de la vanne, dans le cas d'un court-circuit ou d'un circuit ouvert des câbles extérieurs, ou dans le cas d'une disparition de la tension qui existe entre eux. 3. Les câbles de connexion peuvent avoir des longueurs pouvant atteindre 2 kilomètres, et il n'est pas nécessaire qu'ils soient gainés. 4. Elle possède la propriété de présenter des consommations différentes dans chacun des états différents, de façon que l'on puisse savoir à distance dans quel état elle se trouve. 5. Elle peut être commandée à la main au moyen d'un levier extérieur incorporé, à condition d'une autorisation donnée au préalable au moyen d'un ordre codé, par les câbles de connexion. 6. Les ordres pour produire un changement d'état sont codés, il est donc très difficile à une personne non autorisée d'agir sur la vanne. 7. Elle peut être commandée directement par un - dispositif détecteur de gaz ou tout autre dispositif d'alarme. 8. La fonction de coupure automatique peut être inhibée, en cas de nécessité et au moyen d'un ordre préalable, dans le cas d'une défaillance de tension d'alimentation ou d'une défaillance dans la connexion des câbles de commande et -d'alimentation. D'autre part, si l'électrovanne selon l'invention est associée à un central intelligent, on peut obtenir d'autres prestations telles que: coupure automatique en d'intention de fraude sur les équipements instal- lés et autres causes (par exemple: excès de débit, etc.); coupure manuelle de la part du personnel autorisé, sans nécessité d'accéder physiquement à la vanne etc. Plus concrètement, l'électrovanne est formée structurellement par l'association d'un certain nombre de composants qui sont les suivants: Corps de vanne comprenant le siège et l'obturateur correspondants. Mécanisme d'actionnement de l'obturateur. Moteur électromécanique bistable. Circuit électronique de commande. Levier extérieur pour commande manuelle, et Fils de réglage. En se basant sur ces composants, l'électrovanne peut se trouver dans l'une des deux positions ou états, qui correspondent évidemment aux positions de travail de "réarmement"'! et "coupure" du moteur bistable, celui-ci étant actionné à l'une ou l'autre position en accord avec les ordres codés au moyen du circuit électronique de commande. La conception du moteur bistable est également une caractéristique fondamentale puisque,quel que soit l'état ouvert ou fermé de l'obturateur, si le moteur passe à la position "coupure", l'obturateur passe automa- tiquement à la position de "fermeture" indépendamment de la position ou de l'action exercée sur le levier de commande manuelle. Enfin, l'existence d'un mécanisme qui transmet l'action exercée par l'opérateur sur le levier extérieur pour la commande manuelle, jusqu'à la tige de l'obturateur est également une caractéristique fondamentale, permettant l'ouverture et la fermeture de celui-ci, même quand le moteur bistable est en position "réarmement". Si ce moteur est en position "coupure", cela empêche que l'action sur le levier extérieur soit transmise par le mécanisme d'actionnement jusqu'à la tioe de l'obturateur, rendant impossible qu'un opérateur puisse ouvrir ou fermer la vanne à volonté. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre une représentation sous forme de schéma-bloc de l'électrovanne selon l'invention, en association avec ses différents composants; et - les figures 2, 3 et 4 montrent les graphiques respectifs des états correspondants aux ordres de "réarmement", "coupure" et "désactionnement" du moteur bistable, pour la commande de l'électrovanne. En se référant aux figures, et plus particulière- ment à la figure 1, l'électrovanne selon l'invention comprend un corps de vanne 1 qui comprend l'obturateur 2 correspondant ainsi que les entrée et sortie 3 et 4, respectivement. L'obturateur 2 est associé à un mécanisme d'actionnement 5 de celui-ci, qui est représenté par un bloc schématique. Sur ce mécanisme d'actionnement 5 agit,d'une part un moteur électrique bistable 6 commandé par un circuit électronique de commande 7, et qui est alimenté dans l'ensemble par des fils 8 et d'autre part, un levier de commande manuelle 9. Selon cette structure schématique, les fonctions sont les suivantes: L'obturateur 2 peut se trouver en l'une des deux positions, "ouverte" (permettant le passage du fluide) ou "fermée" (interrompant le passage du fluide). Le moteur électromécanique bistable 6 peut adopter l'une des deux positions "réarmement" ou "coupure", selon les références 6a et 6b,respectivement. Le circuit électronique de commande 7 peut rester à l'un de deux états: "activé" ou "désactivé!'. Le mécanisme 5 d'actionnement de l'obturateur 2 transmet l'action exercée par l'opérateur sur un levier extérieur 9 de commande manuelle, jusqu'à la tige de l'obturateur, permettant l'ouverture et la fermeture de celui- ci; toutefois à condition que le moteur électromécanique bistable soit en position de "réarmement'. Si ce moteur se trouve à son autre position "coupure" cela empêche que l'action sur le levier extérieur soit transmise par le mécanisme d'actionnement à la tige de l'obturateur, rendant ainsi impossible l'ouverture ou la fermeture de la vanne à volonté par un opérateur. De même, quel que soit l'état ouvert ou fermé de l'obturateur, si le moteur bistable passe à la position "coupure", l'obturateur passe automatiquement à la position "fermée", indépendam- ment de la position ou de l'action exercée sur le levier de commande manuelle. On peut déduire de ce qui précède que si le moteur bistable est à la position 'réarmement", il est possible d'ouvrir et de fermer la vanne à la main; s'il est en position "coupure"cela r empêche totalement, mettant la vanne inconditionnellement en position fermée. Le circuit électronique de commande a la charge de codifier les ordres reçus à travers les deux fils 8, d'un point éloigné, et d'appliquer les signaux nécessaires au moteur bistable 6 pour qu'il se place à l'une ou l'autre position 6a ou 6b. Comme caractéristiques du circuit électronique de commande on peut citer les suivantes: Il est alimenté par les mêmes fils que ceux qui conduisent les ordres et ne contient ni piles, ni batteries ni autres éléments qui doivent être soumis à un entretien périodique. Il présente une consommation continue qui n'est que de quelques mW. Il fait que le moteur bistable passe automatiquement à la position "coupée" (et ainsi se ferme la vanne) en cas de court-circuit ou de circuit ouvert des câbles extérieurs, ou en cas de disparition de la tension qui existe entre ceux-ci. Les câbles porteurs des ordres (les mêmes que ceux d'alimentation) peuvent avoir des longueurs pouvant atteindre deux kilomètres, et il n'est pas nécessaire qu'ils soient gainés. Les câbles peuvent être connectés à toute polarité. Il possède la propriété de présenter des consomma- tions différentes dans chacun des états différents, donc on peut savoir à distance l'état dans lequel il se trouve. Il permet, au moyen d'un ordre prévu, l'annulation de la fonction de coupure automatique dans le cas de perte de tension d'alimentation ou de défaillances des connexions. Les ordres pour la commande de la vanne sont codés, et ils seront décrits et énumérés ci-dessous. Entre les deux fils peuvent exister trois niveaux différents de différence de potentiel, sans tenir compte de la polarité. Ces trois niveaux étant A, B et C (avec les tolérances), on a: -Ordre de permission de réarmement de la vanne, c'est-à-dire ordre de placer le moteur bistable à la position "réarmement" (figure 2): Cet ordre se compose d'une séquence d'états de la différence de potentiel entre les fils de commande: En premier lieu: mettre le niveau A. En second lieu, changer de niveau A à B et - vice versa selon une-séquence codée. En troisième lieu, établir le niveau A en le maintenant indéfiniment. Après avoir exécuté cet ordre, le circuit électro- nique de commande reste à l'état "activé", le moteur bistable reste à la position "réarmement" et l'obturateur ne change plus de position. - Ordre de coupure de la vanne,c'est-à-dire ordre de placer le moteur bistable à la position "coupure" (figure 3): Mettre le niveau C indéfiniment. Après avoir exécuté cet ordre, le circuit électro- nique de commande reste à l'état "désactivé", le moteur bistable reste à la position "coupure" et l'obturateur reste à la position "fermée". - Ordre de désactiver la vanne de manière qu'elle puisse être manipulée sans que cela occasionne un changement de la position du moteur bistable (figure 4): Mettre le niveau B pendant un temps déterminé puis passer au niveau C indéfiniment ou bien passer à B. Après avoir exécuté cet ordre, le circuit électronique de commande reste à l'état "désactivé" et le moteur bistable ainsi que l'obturateur ne changent plus de position. Comme on peut le comprendre des figures 2, 3 et 4, l'axe des ordonnées correspond aux tensions (V.-. niveaux des ordres d'entrée, V c coupure et Vr permission de réarmement) tandis que l'axe des abscisses correspond au temps. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Electrovanne pour l'écoulement de fluides, du type pouvant être utilisé en tout domaine d'application o il faut transporter et/ou distribuer des fluides, jusqu'à des lieux inaccessibles ou d'accès difficile, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un corps de vanne (1) qui comprend un siège et un obturateur pouvant se placer en une position "ouverte" permettant le passage du fluide ou "fermée" interrompant ledit passage; ledit obturateur étant associé à un mécanisme d'actionnement (5) qui est activé par un moteur électrique bistable (6) qui reçoit des ordres de fonctionnement par un circuit électronique de commande (7), avec alimentation de l'ensemble au moyen de deux fils; ledit circuit électronique de commande (7) étant prévu pour répondre à des ordres codés de mise en action du moteur électrique bistable pour le placer à l'une des deux positions de travail: "réarmement" ou "coupure"; avec la particularité que la connexion dudit moteur bistable, quelle que soit la position d'ouverture ou de fermeture de l'obturateur, passe automatiquement à la position de "fermeture" quand ledit moteur bistable se trouve en une position de "coupure", cela indépendamment de la position correspondante d'un levier d'actionnement manuel associé au mécanisme d'actionnement de l'obturateur. 2.- Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le levier d'actionnement manuel est relié au mécanisme général d'actionnement, de manière qu'à la position de "permission de réarmement" du moteur électrique bistable, ledit levier transmette l'ordre manuel audit obturateur, par le mécanisme général d'actionnement tandis qu'à la position de "coupure" dudit moteur électrique bistable, cela empêche l'ouverture ou la fermeture de l'obturateur par ledit levier manuel.