Brevet FR2712955A1 — publié le 19950602

Dispositif de manoeuvre d'une vanne à obturateur se dEplagant par translation La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de manoeuvre des vannes. Plus précisément l'invention concerne un dispositif permettant en cas d'accident de manoeuvrer une vanne qui est normalement commandée par un arbre moteur actionné par un volant manuel ou par un moteur. Les vannes utilisées sur les sites industriels sont souvent des vannes à déplacement vertical de l'obturateur du type vanne "à guillotine". Ces vannes possèdent toutes un arbre de commande couplé à un arbre moteur actionné lui-même par un dispositif moteur qui peut être un moteur électrique, hydraulique, pneumatique ou un volant manuel. Un souci constant sur de tels sites est de pouvoir ouvrir ou fermer ces vannes rapidement en toutes circonstances et notamment en cas d'accident grave ou d'incendie. Afin d'augmenter la fiabilité de fonctionnement de ces vannes, le dispositif moteur qui entraine l'arbre rotatif moteur est souvent doublé. Ainsi les brevets FR A-2 241 737 et FR-A-2 450 398 qui correspondent aux brevets US-A-3 838 609 et US-A-4 285 493 décrivent de telles vannes pour lesquelles l'arbre moteur peut être entrainé par un moteur traditionnel ou par un volant manuel. Ces installations garantissent une bonne fiabilité de fonctionnement en temps normal mais ne garantissent pas la possibilité d'ouvrir ou de fermer la vanne lorsque les infrastructures lourdes du site telles que les circuits d'alimentation électrique ou pneumatique sont endommagées et que les circonstances, par exemple l'incendie, rendent impossible l'accès à la vanne pour une personne physique. Il a alors été proposé, comme décrit dans le brevet FR-A-2 520 473 ou dans son correspondant américain US-A4 691 893, un dispositif de sécurité qui peut prendre le relai d'un dispositif moteur traditionnel grâce à un désacouplement entre l'arbre de commande de la vanne et le dispositif moteur. Ce brevet décrit une vanne "guillotine" actionnée par un système pneumatique doublé d'un volant manuel. En cas d'élévation de la température à proximité de la vanne, la fusion d'un élément métallique de jonction déconnecte le dispositif moteur et la vanne se referme grâce à des ressorts de rappel agissant sur l'obturateur de la vanne. Un tel système de sécurité permet bien l'emploi d'un dispositif moteur en temps normal mais n'est pas efficace dans toutes les configurations d'accident ou d'incendie puisqu'il ne se déclanche que s'il y a élévation forte de température à proximité de la vanne. L'homme de métier ne dispose donc pas à l'heure actuelle d'un dispositif de sécurité pour manoeuvrer une vanne qui, à la fois, permette l'emploi en temps normal d'un dispositif moteur traditionnel et qui soit immédiatement efficace dans tous les cas d'accident ou d'incendie. L'objet de la présente invention est précisément de proposer un tel dispositif. L'invention concerne donc un dispositif de manoeuvre de sécurité d'une vanne comportant un corps et possédant un obturateur qui se déplace par translation et qui est commandé par un arbre de commande actionné lui-même par un arbre moteur disposé dans le prolongement du dit arbre de commande et solidaire de ce dernier par un système de liaison, le dit dispositif étant caractérisé en ce que 1./ le dit système de liaison comporte une enceinte cylindrique creuse dans laquelle pénètrent chacun des deux arbres, la dite enceinte creuse contenant une bague étanche aux gaz et solidarisée en translation à l'un au moins des deux arbres au moyen d'une pièce de contact escamotable sous l'action d'une pression exercée sur la dite bague, 2./ la dite bague supporte un ensemble de liaison qui enserre simultanément les extrémités du dit arbre de commande et du dit arbre moteur situées à l'intérieur de la dite enceinte, 3./ la dite enceinte comporte un orifice situé de manière à se trouver au-dessus de la dite bague et du dit ensemble de liaison lorsque la vanne est ouverte, 4./ le dit arbre de commande comporte au moins une butée d'arrêt disposée de manière à se trouver sous la dite bague et à l'intérieur de la dite enceinte quelle que soit la position du dit obturateur, 5./ une source de fluide est reliée au dit orifice. Selon une première réalisation préférée de l'invention le dit ensemble de liaison est incorporé à la dite bague. Selon une seconde réalisation préférée de l'invention la dite source de fluide est une source de gaz sous pression. Selon une troisième réalisation préférée de l'invention la dite source de gaz est un réservoir de gaz sous pression muni d'un robinet. Avantageusement le dit robinet sera un robinet pyrotechnique à commande électrique ou actionné par un percuteur. Selon une quatrième réalisation préférée de l'invention la dite source de gaz est un générateur pyrotechnique de gaz muni d'un initiateur à déclanchement électrique ou à déclanchement par percussion. Selon une première variante préférée l'extrémité de l'arbre moteur pénètre dans l'extrémité de l'arbre de commande qui est creuse. Dans ce cas la dite pièce de contact est avantageusement une pièce de cisaillement comme une goupille cisaillable qui solidarise à la fois la bague, l'arbre de commande ainsi que l'arbre moteur et l'extrémité de l'arbre de commande comporte au moins un conduit transversal dans lequel sont disposées, de part et d'autre de l'arbre moteur, au moins deux billes qui sont radialement calées par la bague et qui prennent appui contre le fond d'une gorge circulaire portée par l'extrémité de l'arbre moteur. Selon une seconde variante préférée c'est au contraire l'extrémité de l'arbre de commande qui pénètre dans l'extrémité de l'arbre moteur qui est creuse. Selon une troisième variante préférée l'extrémité de l'arbre de commande ainsi que l'extrémité de l'arbre moteur sont élargies et reposent l'une sur l'autre enserrées dans au moins deux pattes de maintien en forme de U qui sont elles-mêmes diposées dans un évidement supérieur cylindrique présenté par la bague. Dans ce cas la pièce de contact est avantageusement un ressort de poussée en appui, d'une part, sur la butée d'arrêt et, d'autre part, sur la bague. Ainsi lorsque la bague étanche enserre simultanément les extrémités des deux arbres, la manoeuvre de la vanne, en ouverture ou en fermeture, est obtenue par l'action de l'arbre rotatif moteur entraîné par un bloc moteur ou par un volant manuel. En cas d'accident se produisant lorsque la vanne est ouverte, et rendant impossible le fonctionnement de l'arbre moteur, il est possible d'assurer la fermeture de la vanne grâce au dispositif de sécurité selon l'invention. Pour ce faire on provoque l'arrivée du fluide dans l'enceinte creuse par l'orifice situé au-dessus de la bague étanche. L'arrivée du fluide entraîne l'escamotage de la pièce de contact et le déplacement de la bague étanche jusqu'à la butée d'arrêt porté par l'arbre de commande de la vanne. Dans cette configuration l'arbre moteur n'est plus solidaire de l'arbre de commande de la vanne et la bague étanche en appui sur la butée d'arrêt portée par l'arbre de commande joue le rôle de piston qui, sous l'action de la pression du fluide, provoque la fermeture de la vanne par descente de l'obturateur. On donne ci-après une description détaillée de l'invention en se référant aux figures 1 à 4. La figure 1 est une vue en coupe d'une vanne, en position ouverte, et munie d'un dispositif de fermeture de sécurité selon la première variante préférée. La figure 2 est une vue en coupe de la vanne représentée à la figure 1 apuras fonctionnement du dispositif de sécurité. La figure 3 est une vue en coupe d'une vanne, en position ouverte, et munie d'un dispositif de fermeture de sécurité selon la troisième variante préférée. La figure 4 est une vue en coupe de la vanne réprésentée à la figure 3 après fonctionnement du dispositif de sécurité. On a représenté aux figures 1 et 2 une vanne 1 munie d'un dispositif de fermeture de sécurité selon l'invention. La vanne 1 comporte un corps creux 2 interposé entre deux canalisations non représentées sur les figures. Ce bâti 2 peut être fermé par un obturateur 3 qui se déplace en translation et qui est commandé par un arbre de commande 4. Une telle vanne est encore connue sous les appelations de "vanne à opercule" ou "vanne à guillotine". L'arbre de commande 4 est lui-même actionné par un arbre rotatif moteur 5 disposé dans le prolongement de l'arbre de commande 4. L'arbre moteur 5 est entrainé par un bloc moteur ou par un volant manuel 6 comme représenté sur les figures. L'obturateur 3 est un obturateur plan à section en forme de dièdre dans lequel pénètre l'extrémité inférieure 34 de l'arbre de commande 4. Cette extrémité 34 est élargie et contenue dans un évidement approprié présenté par l'obturateur 3. Ainsi l'obturateur 3 et l'arbre de commande 4 sont solidaires en translation mais l'arbre de commande 4 est libre en rotation par rapport à l'obturateur 3. L'arbre moteur 5 est solidaire de l'arbre de commande 4 par un système de liaison 7 qui est maintenant décrit en détails. Le système de liaison 7 comporte une enceinte cylindrique creuse 8 fixée au corps 2 de la vanne 1 comme représenté sur les figures et dans laquelle pénètrent chacun des dits arbres 4 et 5. Le corps 2 comporte un col supérieur 9 dans lequel se loge l'obturateur 3 lorsque la vanne 1 est ouverte. C'est sur ce col 9 que repose l'enceinte cylindrique 8 fixée au moyen de barres filetées de fixation 10. L'enceinte 8 est fermée par un couvercle 11 possédant un orifice central et traversé par les barres de fixation 10. L'enceinte 8 est fixée par des boulons 12 à la partie supérieure du col 9 et le couvercle 11 est fixé par des boulons 13 à l'enceinte 8. Lorsque la vanne 1 est ouverte l'arbre de commande 4 est entièrement situé à l'intérieur de l'enceinte 8 et l'arbre moteur 5 pénètre par l'orifice central du couvercle 11 dans l'enceinte 8. Des joints d'étanchéité 14, 15, 16 et 36 rendent l'ensemble constitué par le col 9, l'enceinte 8 et le couvercle 11 étanche. Les barres de fixation 10 portent également dans leur partie supérieure un écrou 17 possédant un orifice central fileté dans lequel engrène un filetage 18 porté par l'arbre moteur 5. La dite enceinte creuse 8 contient une bague cylindrique 19 étanche aux gaz qui enserre simultanément l'extrémité 20 de l'arbre de commande 4 et l'extrémité 21 de l'arbre moteur 5 qui sont situées à l'intérieur de la dite enceinte. Cette bague 19 elle-même solidarisée à l'un des deux arbres 4 et 5 au moyen d'une pièce de contact escamotable sous l'action d'une pression de valeur prédéterminée exercée sur la dite bague. Selon une première variante préférée représentée aux figures 1 et 2 la dite pièce de contact est une goupille cisaille 22 qui traverse à la fois la bague 19, l'arbre de commande 4 et l'arbre moteur 5. La bague 19 comprend un orifice central dont le diamètre est égal au diamètre de l'arbre de commande 4 et elle est placée autour de l'extrémité 20 de cet arbre. La bague 19 comporte une partie basse dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de l'enceinte 8 et qui contient des joints 23 et 24 assurant l'étanchéité aux gaz. La bague 19 comporte une partie supérieure de diamètre plus étroit à travers laquelle passe la goupille 22. L'extrémité 21 de l'arbre moteur 5 pénétre dans l'extrémité 20 de l'arbre de commande qui est creuse de sorte que la goupille 22 traverse à la fois la bague 19, l'arbre de commande 4 et l'arbre moteur 5. Afin d'améliorer la liaison mécanique entre l'arbre moteur 5 et l'arbre de commande 4 un conduit cylindrique creux 25 est ménagé au travers de la partie supérieur 20 de l'arbre de commande 4 dans laquelle pénètre l'extrémité 21 de l'arbre moteur 5. Une gorge circulaire 26 est ménagé sur la dite extrémité 21 de manière à se trouver en regard du conduit 25 lorsque l'arbre moteur 5 est introduit dans l'arbre de commande 4. Deux billes métalliques 27 et 28 sont introduites dans le dit conduit 25 de part et d'autre de l'arbre moteur 5 et sont calées par la bague 19 de manière à prendre appui sur le fond de la gorge 26. Avantageusement on prévoiera un second conduit 35, perpendiculaire au conduit 25 qui vient d'être décrit, et qui contient également deux billes non représentées sur les figures. Selon une autre variante préférée représentée aux figures 3 et 4 sur lesquelles les pièces identiques à celles précédemment décrites portent les mêmes repères que sur les figures 1 et 2, la dite pièce de contact est un ressort 51 en appui, d'une part, sur une butée d'arrêt 29 portée par l'arbre de commande 4 et qui sera détaillée un peu plus loin dans la description et, d'autre part, sur une bague 52 analogue dans son principe à la bague 19 précédemment décrite. La bague 52 est une bague cylindrique creuse comportant une partie supérieure dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de l'enceinte 8 et une partie inférieure de diamètre extérieur plus petit. La bague 52 présente dans sa partie supérieure un évidement supérieur cylindrique 53 dont le diamètre est supérieur à celui de l'arbre de commande 4. Cet évidement 53 se prolonge par un orifice dont le diamètre est égal à celui de l'arbre de commande 4 et se termine par un évidement inférieur 54 dont le diamètre est supérieur à celui de l'arbre de commande 4. Des joints 55, 56 et 57 assurent l'étanchéité de la bague 52 aux gaz. L'extrémité 59 de l'arbre moteur 5 repose sur l'extrémité 58 de l'arbre de commande 4. Comme représenté sur les figures ces extrémités sont élargies par rapport à leurs arbres porteurs. Elles sont avantageusement constituées par des galets vissés sur des picots filetés portés par les dits arbres. Ces extrêmités 58 et 59 sont enserrées dans au moins deux pattes de maintien en forme de U qui sont elles-mêmes disposées dans l'évidement supérieur 53 présenté par la bague 52. Dans la réalisation représentée aux figures 3 et 4, quatre pattes de maintien sont utilisées au total, trois d'entre elles, 60, 61 et 62 étant visibles sur les figures. La dite enceinte 8 comporte de manière caractéristique un orifice 30 situé de manière à se trouver au-dessus de la dite bague 19 ou 52 lorsque la vanne 1 est ouverte et que l'obturateur 3 se trouve dans le col 9 du bâti 2. Selon une autre caractéristique de l'invention à laquelle il a déjà été fait allusion un peu plus haut, l'arbre de commande 4 porte une butée d'arrêt 29. Cette butée 29 est disposée de manière à se trouver, comme représenté sur les figures 1 à 4, sous la dite bague 19 ou 52 et à l'intérieur de l'enceinte 8 quelle que soit la position de l'obturateur 3. Enfin, selon une dernière caractéristique de l'invention, une source 31 de gaz sous pression est reliée au dit orifice 30. Comme représenté sur les figures 1 à 4 la dite source 31 peut être un réservoir de gaz sous pression muni d'un robinet 32 relié à l'orifice 30 par une canalisation 33. Le dit robinet 32 sera avantageusement un robinet pyrotechnique à commande électrique ou bien actionné par un percuteur. La dite source de gaz peut également être un générateur pyrotechnique de gaz muni d'un initiateur à commande électrique ou bien actionné par un percuteur. On décrit maintenant le fonctionnement d'un dispositif de fermeture de sécurité selon l'invention en se référant d'abord aux figures 1 et 2. Lorsque la bague 19 est placée comme représenté à la figure 1, la mise en rotation du volant 6 provoque, par l'intermédiaire du filetage 18 la montée ou la descente de l'arbre moteur 5 qui est solidaire de l'arbre de commande 4 auquel est fixé l'obturateur 3. Si un accident se produit sur le site lorsque la vanne 1 est ouverte en rendant impossible l'accès au volant 6 et que l'on désire néanmoins fermer la vanne, on provoque l'arrivée du gaz sous pression par ouverture du robinet pyrotechnique ou par allumage de l'initiateur du générateur. Dans le cas où cette action est obtenue par un percuteur il n'y a aucune difficulté. Dans le cas où cette action est d'origine électrique, l'énergie nécessaire étant faible, il sera avantageux de prévoir un circuit secondaire protégé ou même un système à piles fonctionnant par télécommande de manière à être indépendant du circuit d'alimentation principal qui est souvent endommagé en cas d'accident. Le gaz sous pression entre dans l'enceinte 8 par l'orifice 30 et exerce une pression sur la bague 19. Lorsque la force exercée sur la bague est supérieure à la limite de rupture de la goupille 22, cette dernière se rompt et la bague 19 est poussée jusqu'à venir au contact de la butée 29. Les billes 27 et 28 ne sont alors plus calées. La bague 19 en appui sur la butée 27 joue le rôle d'un piston qui, sous la pression du gaz, entraîne l'arbre de commande 4 qui n'est plus solidaire de l'arbre moteur 5. L'arbre 4 peut donc descendre sans avoir à forcer l'engrenage 18. Avec une quantité d'énergie relativement faible il est donc possible de faire descendre l'obturateur 3 et de fermer la vanne 1. Le dispositif de sécurité représenté aux figures 3 et 4 a un fonctionnement tout à fait analogue. En temps normal c'est l'arbre moteur 5 qui entraîne en montée ou en descente l'arbre de commande 4. En cas d'accident survenant lorsque la vanne 1 est ouverte, l'arrivée du gaz sous pression par l'orifice 30 développe une pression sur la bague 52. Lorsque la force exercée sur cette bague est supérieure à la résistance du ressort 51, ce dernier se comprime et la bague 52 descend le long de l'arbre de commande 4 jusqu'à compression totale du ressort 51 contre la butée 29. Les pattes de maintien 60, 61 et 62 n'étant plus maintenues elles se séparent et tombent sur la bague 52 et les deux arbres ne sont plus solidaires. La bague 52 en appui sur la butée 29 par l'intermédiaire du ressort 51 joue alors le rôle d'un piston qui entraîne l'arbre de commande 4 sans avoir à forcer l'engrenage 18. La descente de l'arbre de commande 4 provoque la descente de l'obturateur 3 qui ferme la vanne 1. Revendications 1. Dispositif de manoeuvre de sécurité d'une vanne (1) comportant un corps (2) et possédant un obturateur (3) qui se déplace par translation et qui est commandé par un arbre de commande (4) actionné lui-même par un arbre moteur (5) disposé dans le prolongement du dit arbre de commande (4) et solidaire de ce dernier par un système de liaison (7) caractérisé en ce que 1) le dit système de liaison (7) comporte une enceinte cylindrique (8) dans laquelle pénètrent chacun des deux arbres (4,5), la dite enceinte creuse (8) contenant une bague (19,52) étanche aux gaz et solidarisée en translation à l'un au moins des deux arbres (4,5) au moyen d'une pièce de contact (22) escamotable sous l'action d'une pression exercée sur la dite bague (19,52), 2) la dite bague (19,52) supporte un ensemble de liaison qui enserre simultanément les extrémités (20,21) du dit arbre de commande (4) et du dit arbre moteur (5) situées à l'intérieur de la dite enceinte (8), 3) la dite enceinte (8) comporte un orifice (30) situé de manière à se trouver au-dessus de la dite bague (19,52) et du dit ensemble de liaison lorsque la vanne 1 est ouverte, 4) le dit arbre de commande (4) comporte au moins une butée d'arrêt (29) disposée de manière à se trouver sous la dite bague (19,52) et à l'intérieur de la dite enceinte (8) quelle que soit la position de l'obturateur (3), 5) une source de fluide (31) est reliée au dit orifice (30). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dit ensemble de liaison est incorporé à la dite bague (19,52). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisée en ce que la dite source de fluide est une source de gaz sous pression (31). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la dite source de gaz (31) est un réservoir de gaz sous pression muni d'un robinet (32). 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la dite source de gaz (31) est un générateur pyrotechnique de gaz muni d'un initiateur. 6. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'extrémité (21) de l'arbre moteur (5) pénètre dans l'extrémité (20) de l'arbre de commande (4) qui est creuse. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisée en ce que la dite pièce de contact est une goupille cisaillable (22) qui solidarise à la fois la bague (19), l'arbre de commande (4) et l'arbre moteur (5). 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la dite extrémité (20) de l'arbre de commande (4) comporte au moins un conduit transversal (25) dans lequel sont disposées, de part et d'autre de l'arbre moteur (5) au moins deux billes (27,28) qui sont radialement calées par la bague (19) et qui prennent appui contre le fond d'une gorge circulaire (26) portée par l'extrémité (21) de l'arbre moteur (5). 9. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'extrémité (20) de l'arbre de commande (4) pénètre dans l'extrémité (21) de l'arbre moteur (5) qui est creuse. 10. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la bague (52) présente un évidement supérieur cylindrique (53) et en ce que les extrémités (58,59) des dits arbres (4,5) sont élargies et enserrées dans au moins deux pattes de maintien (60,61) elles-mêmes disposées dans 1' évidement (53) présenté par la bague (52). 11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que la dite pièce de contact est un ressort de poussée (51) en appui d'une part sur la butée d'arrêt (29) et d'autre part sur la bague (52).