Brevet FR2744498A1 — publié le 19970808

K S B 8.A. Description Sélecteur de circuit hydraulique Domaine technique L'invention concerne un sélecteur de circuit hydraulique, connecté d'une part à un premier circuit hydraulique de source d'energie à haute pression et de réseau à basse pression de sens inverse et d'autre part à un deuxième circuit hydraulique d'un consommateur de pression différentielle de sens reversible, avec un compteur volumétrique d'un fluide hydraulique de commande du consommateur. Les processus automatisés pour le contrôle des fluides véhiculés par des tuyauteries nécessitent l'utilisation de robinets motorisés automatiques. Le bon déroulement du processus suppose la bonne réalisation des séquences d'ouverture, fermeture ou mise en position des robinets. La manoeuvre des robinets est généralement assurée par des actionneurs utilisant des sources d'énergie diverses. Toutefois, la maîtrise du processus est conditionnée d'une part, à l'exécution des ordres de manoeuvre et, d'autre part, au contrôle de la bonne exécution de ces ordres, notamment en contrôlant la position des obturateurs des robinets. État de la techniaue En général, la motorisation des robinets fait appel à des actionneurs, électriques, pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques. Le contrôle de position, quant à lui, est 2 2744498 généralement assuré par une détection de position de l'arbre de l'obturateur en utilisant des capteurs de position généralement électriques, p.ex. un contact fin de cours ou un potentiomètre. Ceci implique pour l'installateur, de relier le poste de commande au robinet avec une alimentation en énergie (électrique, pneumatique, hydraulique), avec une liaison permettant la commande (commande de relais de distributeur pneumatique ou hydraulique) et avec une liaison permettant le contrôle de position. Souvent, pour la facilité, le coût et les possibilités offertes, ces deux dernières liaisons sont électriques. Ce principe de commande et de contrôle permet d'avoir un bon contrôle du processus. Toutefois, selon l'environnement du matériel, l'utilisation du matériel électrique n'est pas possible: c'est le cas notamment lorsqu'il faut utiliser le matériel en zone hostile, risques d'explosion ou immersion dans des produits. Dans ces situations, il est fait appel soit à des matériels électriques conçus et éprouvés spécialement pour les ambiances dangereuses. Ils sont généralement très coûteux, soit à des matériels n'utilisant pas l'électricité, par exemple 2s hydraulique ou pneumatique. C'est le cas notamment sur les pétroliers o les actionneurs à commande hydraulique sont souvent immergés dans les ballasts ou citernes cargaison, les électrodistributeurs de commande situés sur le pont en zone explosive, la partie puissance, centrale hydraulique et pupitre de commande, étant eux en zone sûre. Si les fonctions "commande" et "actionneur" sont parfaitement remplies, il n'en est pas de même pour le "contrôle de position" qui utilise souvent, dans ce cas, un compteur volumétrique associé à l'électrodistributeur pour compter et décompter le volume d'huile envoyé dans le vérin hydraulique de 3 2744498 l'actionneur. La position de l'obturateur étant directement liée au déplacement du piston du vérin, le comptage du volume envoyé dans une des chambres du vérin permet, grâce à l'indicateur de volume du compteur, de connaître la position de l'obturateur lors de la manoeuvre dans une direction. Le décomptage du volume en retour du vérin permet de connaître la position de l'obturateur lors du mouvement inverse. Selon l'état de la technique le débimètre est arrangé dans une branche du circuit hydraulique réliant le vérin hydraulique & un sélecteur de circuit hydraulique de sens reversible. Ce sélecteur réalise au moins trois états différents du circuit hydraulique. Premièrement, il permet l'écoulement du fluide & haute pression dans une chambre de travail du vérin pour pousser le piston. Ce mouvement du piston agit sur la deuxième chambre de travail à l'opposé du piston et le fluide compris dans cette chambre est déplacé vers le bac à basse pression. Deuxièmement, après la fin du mouvement le selecteur met le circuit hydraulique en repos à basse pression. Troisièmement, le circuit hydraulique de sens reversible permet de charger la deuxième chambre de travail du vérin d'une haute pression pour provoquer un mouvement inverse du piston. Ce principe simple, malheureusement, ne peut fonctionner de manière satisfaisante que sous certaines conditions: - différence de pression d'huile entre l'aller et le retour faible, - distance et volume des tuyauteries entre le compteur et le vérin faible, - faibles variations de température. Ces conditions idéales sont rarement rencontrées et la mesure du volume effectuée par le compteur est largement entachée d'erreurs. D'une part, la variation du volume d'huile à l'aller par rapport au retour due à la différence de pression existante entre l'aller (pression motrice relativement importante) et le 4 2744498 retour (pression de retour au bac relativement faible) n'est plus négligable vu la pression différentielle qui peut atteindre plus de 100 bars. D'autre part, la variation du volume des tuyauteries due à la différence de pression expliquée au point précédent devient importante, surtout pour de longues distances. Par ailleurs, à l'arrêt toute variation de volume entre le compteur et le vérin peut entraîner une dérive du capteur sans qu'il y ait déplacement du piston et de l'obturateur. Cette variation est due notamment aux variations de température, ce qui est fréquent sur un pont de navire entre le jour et la nuit par exemple, aux fuites internes éventuelles du vérin ou des raccords de l'installation et aux variations de pression de la centrale hydraulique si elle maintient sous pression la ligne du compteur alors que le robinet est à l'arrêt. Le but de l'invention est de trouver une autre solution pour remédier à ces inconveniants. ExDosé de l'invention Ces inconvénients sont palliés par ce que le compteur volumétrique est placé dans un troisième circuit hydraulique à pression approximativement constante, le sélecteur de circuit hydraulique mettant toujours le même côté de pression du consommateur en communication avec le troisième circuit hydraulique du compteur volumétrique. Le sélecteur de circuit hydraulique selon l'invention a l'avantage de réaliser une mesure d'un volume de fluide rigoureusement identique lors de la manoeuvre dans une direction et lors de la manoeuvre inverse. Grâce à l'invention on a une indication fiable de l'état du consommateur, p.ex. de l'ouverture d'un robinet. 2744498 Selon un mode de réalisation le troisième circuit hydraulique est mise en communication avec le côté basse pression lors de la manoeuvre du consommateur. Cela permet de réaliser cette mesure de volume sans qu'elle soit perturbée par la variation de la pression motrice de la centrale. Selon un autre mode de réalisation le troisième circuit est isolé à l'arrêt du consommateur. Par cela, le compteur est isolé des conduites reliant la centrale hydraulique au consommateur dans les phases oû le consommateur est à l'arrêt de telle sorte que toute variation de volume due aux fuites internes ou aux variations de température n'aie aucune influence sur l'indicateur du compteur à l'arrêt. Pour encore augmenter la fiabilité du compteur, le sélecteur met d'abords le troisième circuit hydraulique en communication avec le côté basse pression du second circuit avant d'ouvrir le côté haute pression du second circuit hydraulique du consommateur. Autres modes de réalisation concernent des détails de construction d'un sélecteur. Présentation des différentes ficures Les dessins annexés illustrent l'invention réalisée pour manoeuvrer un robinet à papillon dans le sens ouverture ou fermeture, c'est-à-dire d'une position finale à l'autre. L'invention permet aussi des positions intermédiaires. La fig. 1 représente en coupe le sélecteur intégré dans un schéma de manoeuvre de circuits hydrauliques. La fig. 2 représente en coupe l'agrandissement du sélecteur en position "repos". 6 2744498 La fig. 3 représente en coupe 1' agrandissement du sélecteur dans une première phase de mise sous pression, mettant en communication le compteur volumétrique avec le côté basse pression du consommateur. La fig. 4 représente une deuxième phase de déplacement du tiroir. La fig. 5 représente une troisième phase de déplacement du tiroir pour mettre en communication le côté haute pression du premier circuit avec le consommateur. Modes de réalisation Dans la fig. 1 sont représentés trois circuits hydrauliques (1,2,3) réliés par le sélecteur de circuit hydraulique 4. Le is premier circuit hydraulique 1 comprend un côté haute pression 5 d'une source d'énergie, par exemple une centrale hydraulique, et un côté basse pression 6 de réseau, par exemple de retour au bac de la centrale hydraulique. La flèche P désigne la direction d'un écoulement d'un fluide, p.ex. huile, sous haute pression vers un distributeur hydraulique 7 prévu pour inverser le sens de la pression différentielle dans le premier circuit hydraulique 1, la flèche T désigne le retour au bac. On reconnait trois états différents 8,9,10 de mise sous pression du sélecteur 4 par le distributeur 7 dans le premier circuit 1. Dans l'état représenté 9 on reconnaît une position nommée repos o le distributeur 7 coupe le côté haute pression 5 du premier circuit 1 et met le sélecteur 4 en communication par des conduites 11,12 avec le côté basse pression 6 du retour au bac. Dans ce cas, aucune énergie de manoeuvre n'est fournie par le premier circuit 1 au sélecteur 4. Dans les états 8,10 le distributeur 7 soumet le sélecteur 4 à une pression différentielle transmise par les conduites 11,12 indiquée par les pressions Pl,P2. Dans l'état 8 Pl est plus grande que P2, dans l'état 10 on trouve la situation inverse. P2 étant supérieure à P1. 7 2744498 Le deuxième circuit hydraulique 2 rélie le sélecteur 4 à un consommateur d'énergie 13 en forme d'un vérin d'un actionneur par des conduites 14,15. Dans le vérin 13 il y a un piston à crémaillère 16 coopérant avec un arbre denté 17 d'un dispositif d'arrêt, p.ex. un robinet, non représenté. Le vérin 13 est un vérin à double effet avec des chambres de travail 18, 19 de chaque côté du piston 16. Dans l'état de repos représenté les conduites 14,15 sont en communication avec le distributeur 7 & travers le sélecteur 4 et donc soumises à la basse pression. Aucune force motrice n'est excercée sur le piston par les circuits hydrauliques 1,2,3. Dans l'état 8 du distributeur 7, la conduite 15 soumet la chambre de travail 19 à une haute pression pendant que la pression dans la chambre de travail 18 reste basse. La différence de pression dans les chambres de travail 18,19 applique une force motrice sur le piston 16 qui se déplace en entrainant en rotation l'arbre 17. Dû à la rotation de l'arbre le dispositif d'arrêt change son état "ouvert" en état "fermé". Le mouvement du piston 16 déplace le fluide a basse pression dans la chambre de travail 18 vers le sélecteur 4 à travers la conduite 14 et le fluide sort du sélecteur 4 par l'ouverture 20 vers le bac, indiqué par la flèche T. Dans l'état 10 du distributeur 7 le mouvement du piston 16 est inversé. Le troisième circuit hydraulique 3 rélie un capteur de débit ou un compteur volumétrique 21 au sélecteur 4 par des conduites 22,23. Dans l'état 9 représenté le circuit 3 est barré, il n'y a aucun écoulement dans les conduites 22,23 et le compteur 21 est isolé du premier et deuxième circuit hydraulique 1,2. Grâce à l'isolement du compteur, celui- ci ne peut pas dériver. Dans l'état 8 ou 10 l'écoulement venant de la chambre de travail à basse pression passe d'abord par le troisième circuit hydraulique 3 et par le compteur volumétrique 21 avant de sortir du sélecteur 4 par l'ouverture 20 vers le bac. Ainsi, 8 2744498 c'est toujours le fluide à basse pression qui est pris en compte pour mesurer le volume déplacé et pour indiquer ou calculer l'état du consommateur 13. À l'état 9 du distributeur 7, représenté dans la fig.1, le distributeur étant en position neutre, on voit dans la fig. 2 la position repos des pièces internes du sélecteur, lorsque le vérin 13 est à l'arrêt et le dispositif d'arrêt est soit en "position pleine ouverture", soit en "position pleine o10 fermeture", soit en "position intermédiaire". À l'intérieur du sélecteur 4 on trouve sept chambres 24-30 en communication directe avec des conduites 11,12; 14,15; 20; 22,23 des trois circuits hydrauliques 1,2,3 par des canaux s15 31-37 Chaque chambre n'est en communication qu'avec une seule conduite, il s'agit donc d'une rélation 1:1 entre les chambres et les conduites. Le sélecteur 4 est symétrique à un axe de symétrie 38, ces composants étant arrangés en symétrie par rapport à cet axe 38. Le canal 31,37 est rélié à la conduite 11,12 du premier circuit hydraulique 1 et débouche dans la chambre 24,30. Dans la chambre 24,30 il y a un vérin 39,40 partiellement creux pour reçevoir un ressort 41,42. Des ouvertures 43,44 facilitent le passage du fluide à l'intérieur du vérin 39,40. En état de repos le ressort 41,42 presse le vérin 39,40 contre le corps du sélecteur 4. Le vérin 39,40 reçoit dans une ouverture centrale une pièce mobile fonctionnant comme un clapet 45,46 pour ouvrir et fermer un passage 47, 48 dans un tiroir 49,50 en forme de tige. Pour limiter le mouvement axial du clapet 45,46, une butée 62,63 est prévu au vérin. Comme on verra plus tard, le clapet 46 est pressé contre cette butée 63 et provoque finalement le mouvement du vérin 40 contre la force du ressort 42. Le passage 9 2744498 47,48 aboutie dans la chambre 25,29. La chambre 25,29 est en communication avec la conduite 14,15 du second circuit hydraulique par le canal 32,36. Dans la chambre 25,29 se trouve un obturateur 51,52 appuyé contre le corps du sélecteur par un ressort 53,54 et muni d'un joint d'étanchéité 55,56 pour assurer une étanchéité entre la chambre 25,29 et la chambre 26,28. L'obturateur 51,52 est traversé de manière étanche par le tiroir 49,50. La chambre 26,28 est en communication avec la conduite 22,23 du troisième circuit hydraulique 3 par le canal 33,35. Le tiroir 49,50 comporte une partie de séction augmenté 57,58 capable de fonctionner comme butée pour les clapets 51,52 d'une part et des clapets 59,60 dans la chambre 27 d'autre part pendant des phases d'opérations différentes. Dans la chambre 27 en communication avec la conduite de retour au bac par le canal 34 les clapets 59,60 sont placé dos à dos et un ressort d'écartement 61 est placé entre les clapets 59,60. C'est dans cette chambre 27 o les tiroirs 49,50 s'appuie l'un contre l'autre que se trouve l'axe de symmétrie 38. L'ensemble des pièces du sélecteur est dimensionné de telle manière, qu'en état de repos représente les conduites 14,15 peuvent se décharger vers le bac (T) à travers le sélecteur 4 par les conduites 11,12. Le fluide entre dans le sélecteur 4 par le canal 32,36 traverse la chambre 25,29 pour arriver au passage 47,48 du tiroir 49,50. Le fluide sort du passage 47,48 dans la chambre 24,30 après avoir passé les clapets 45 et 46 autorisant le passage du fluide. Le fluide sort de la chambre 24,30 en communication avec les conduites 11,12 par le canal 31,37 pour quitter le sélecteur 4. 2744498 Quant au troisième circuit hydraulique 3 du compteur il est bloqué par l'appuie étanche des clapets 51,52; 59,60. Aucun fluide ne peut sortir des conduites 22,23. Le compteur 21 est isolé et ne peut donc dériver. Le fonctionnement du module se décompose en 3 phases lors du basculement du distributeur. Les fig. 3 à 5 décrivent les 3 phases lors d'une manoeuvre "fermeture" d'un dispositif d'arrêt. Pendant la première phase (voir fig. 3) la pression P, en provenance du distributeur 7 arrive au canal 31 et soumet la chambre 24 sous pression. Cette pression pousse le clapet 45 contre le tiroir 49 et le clapet 45 assure l'étanchéité avec le tiroir 49 et interdit le passage du fluide vers la chambre 25 par le passage 47. Suite à la différence de pression des deux côtés des tiroirs 49,50, les tiroirs se déplacent ouvrant les clapets 59 et 52 jusqu'à ce que le clapet 46 arrive en butée 63 sur le vérin 40 retenu par le ressort 42. Les clapets 52,59 sont déplacés par l'appui des parties 57,58 des tiroirs 49,50. À cet état là, la chambre de travail 18 du vérin consommateur 13 est en communication avec le bac par la conduite 14, le canal 36, la chambre 29, la chambre 28, le canal 35, la conduite 22, le compteur 21, la conduite 23, le canal 33, la chambre 26, la chambre 27 et le canal 34. Le troisième circuit hydraulique est donc branché. Car le clapet 46 ferme le passage 48 du tiroir 50, tout le fluide sortant de la chambre de travail 18 doit passer par le compteur volumétrique 21 du troisième circuit 3. Jusqu'à maintenant le fluide à haute pression à l'entrée du sélecteur 4 ne peut pas encore quitter la chambre 24 vers le consommateur 13, car le passage 47 est fermé. il 2744498 Dans la deuxième phase (voir fig. 4), le tiroir 49,50 poursuit son déplacement, accentuant l'ouverture des clapets et 59 et 52 et comprime le vérin 40 qui assure une certaine pression d'étanchéité du clapet 46 interdisant tout passage de fluide de la chambre 29 vers la chambre 30 à travers le passage 48. Le déplacement du tiroir 49,50 se poursuit jusqu'à ce que le clapet 45 vienne en butée 64 sur sa face d'appui au corps du sélecteur. Dans la troisième phase (voir fig. 5), le tiroir 49,50 poursuit son déplacement, accentuant l'ouverture des clapets 59 et 52, comprime totalement le vérin 40 qui, venant en butée, assure l'étanchéité du clapet 46. Le clapet 45 étant en butée 64 sur la face d'une chemise d'extrémité 66 laisse passer le fluide sous haute pression de la chambre 24 vers la chambre 25 assurant le fonctionnement de l'actionneur. Le retour du consommateur s'effectue de la chambre 29 vers la chambre 28 et le canal 35, traverse le compteur, ressort par le canal 33 et s'écoule à travers les chambres 26,27 vers le bac (T). Lorsque le distributeur de commande 7 retrouve la position centrale de repos 9, le sélecteur de circuit hydraulique 4 retrouve sa position repos représentée par la fig. 2. Quant à la construction du sélecteur il est nécessaire pour le bon fonctionnement de tenir compte des jeux pour déplacer correctement les tiroirs 49,50 et pour la fermeture correcte des clapets et obturateurs. Le tiroir 49,50 possède des joints d'étanchéité pour maintenir une pression différentielle dans les chambres différentes. Le sélecteur 4 est composé de plusieurs ségments étanchéifié contre un corps. Pour une manoeuvre "ouverture", le fonctionnement est identique avec l'admission de la pression P dans la conduite 12 au lieu de la conduite 11 et un déplacement inverse des clapets et du tiroir. 12 2744498 L'analyse des figures montre que le compteur ne mesure que les volumes d'huile en retour du vérin 13 vers le bac, respectivement venant de la chambre 19 ou 18 du vérin 13 selon s que l'on "ouvre" ou que l'on "ferme" le robinet. La mesure de ce volume se fait dans les deux cas à la même pression, pression égale à la perte de charge de la tuyauterie retour entre le compteur 21 et le bac T. En position repos, le compteur 21 est complètement isolé des conduites 11,12; 14,15 allant du distributeur 7 au vérin 13. Toute variation de volume pour quelque raison que ce soit, ne peut pas être comptée par le compteur, ni modifier la position de son indicateur. En position repos, les conduites 11,12; 14,15 allant du distributeur 7 au vérin 13 restent ouvertes vers le bac, en conséquence les variations du volume de fluide dans les conduites 11,12; 14,15 dues aux variations de température peuvent s'évacuer vers le bac sans provoquer d'augmentation de pression dans le vérin 13 et sans risque de provoquer un déplacement intempestif du piston 16 dans le cas d'une variation de pression différentielle. Application industrielle Le sélecteur hydraulique selon l'invention peut être utilisé pour la commande et le contrôle de position des actionneurs des robinets et autres, p. ex. pour un dispositif de robinetterie comportant un obturateur à rotation d'un quart de tour. Revendications 1. Sélecteur de circuit hydraulique (4), connecté d'une part à un premier circuit hydraulique (1) de source d'énergie à haute pression et de réseau à basse pression, de sens inverse, et d'autre part à un deuxième circuit hydraulique (2) d'un consommateur de pression différentielle de sens inverse (13), avec un capteur de débit ou un compteur volumétrique (21) d'un fluide hydraulique de commande du consommateur (13), caractérisé en ce que le capteur de débit ou le compteur volumétrique (21) est placé dans un troisième circuit hydraulique à pression approximativement constant (3), le sélecteur de circuit hydraulique (4) mettant toujours le même côté de pression du consommateur (13) en communication avec le troisième circuit hydraulique (3) du capteur de débit ou du compteur volumétrique (21). 2. Sélecteur de circuit hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième circuit hydraulique (3) est mise en communication avec le côté basse pression lors du manoeuvre du consommateur. 3. Sélecteur de circuit hydraulique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième circuit hydraulique (3) est isolé à l'arrêt du consommateur (13). 4. Sélecteur de circuit hydraulique selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé en ce qu'il met d'abords le troisième circuit hydraulique (3) en communication avec le côté basse pression du second circuit hydraulique (2) avant d'ouvrir le côté haute pression du second circuit hydraulique (2) du consommateur (13). 14 2744498 5. Sélecteur de circuit hydraulique selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre (24,30) à l'entrée du sélecteur (4) dans lequelle se trouve un vérin (39,40) coopérant avec un ressort (41,42), le vérin (39,40) étant muni d'une ouverture pour guider un clapet (45,46) et d'une butée (62,63) pour limiter le mouvement axial du clapet en direction contre la force du ressort (41,42), le clapet soumis à la haute pression (45,46) étant capable d'étanchéifier le passage du fluide dans une chambre voisine (25,29) jusqu'à l'arrivée à une seconde butée (64,65). 6. Sélecteur de circuit hydraulique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le clapet (45,46) coopère avec un passage (47,48) dans un tiroir (49,50) réliant les chambres (24,30) aux chambres (25,29). 7. Sélecteur de circuit hydraulique selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le tiroir est en deux pièces (49,50). 8. Sélecteur de circuit hydraulique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la mise en communication du côté basse pression du second circuit (2) avec le troisième circuit (3) se fait par l'ouverture simultane de deux obturateurs (59,52; 60,51) par le tiroir (49,50).