Brevet FR2764037A1 — publié le 19981204

APPAREIL DE REGULATION L'invention concerne un appareil de régulation comportant un servomoteur auquel est relié un élément de régulation, l'élément de régulation comportant au moins un siège de vanne et un organe d'étranglement associé, l'organe d'étranglement étant mobile par rapport au siège de vanne au moyen d'une tige d'actionnement reliée au servomoteur pour l'exécution d'un mouvement de rotation10 et/ou de levée, l'étanchéité de la tige d'actionnement par rapport à l'espace intérieur de la vanne étant assurée par un premier point d'étanchéité, un deuxième point d'étanchéité assurant également l'étanchéité de la tige d'actionnement, et un espace de contrôle accessible15 par l'intermédiaire d'au moins une prise de contrôle existant entre les deux points d'étanchéité, à laquelle est raccordé un détecteur de pression qui est de son côté relié à une unité d'évaluation destinée à surveiller le fonctionnement de l'appareil de régulation.20 Des appareils de régulation comportant des moyens d'étanchéité, destinés notamment à assurer l'étanchéité de tiges d'actionnement, comportant des presse-étoupes, des bagues toriques, des soufflets, ou également des combinaisons de ceux-ci, sont connus. C'est ainsi que,25 notamment pour satisfaire à des exigences élevées en matière d'étanchéité lors de l'utilisation de gaz nocifs pour l'environnement, par exemple, des appareils de régulation sont munis de presse-étoupes doubles ou également de joints à soufflet comportant des presse- étoupes supplémentaires en tant qu'étanchéité de sécurité tels que décrit, par exemple dans atp - Pratique de la Technique d'Automatisation 32 (1990) 10, partie 1, pages 479 à 488, et dans atp - Pratique de la Technique d'Automatisation 37 (1995) 7, partie 1, pages 22 à 41, par G. Strohrmann. Ces publications mentionnent également 2 que, pour vérifier la fonction d'un soufflet ou pour rincer et sécher (dans le cas de chlore) l'espace autour d'un soufflet, une prise de contrôle, également qualifiée de prise d'avertissement ou de prise de révision, pouvait5 être disposée entre les points d'étanchéité correspondants lorsque au moins deux étanchéités sont utilisées pour une tige d'actionnement. On sait en outre surveiller l'étanchéité par le raccordement de détecteurs de gaz qui sont appropriés à détecter le fluide de procédé considéré. De tels détecteurs de gaz sont fréquemment désignés de "renifleurs" dans le jargon spécialisé, et présentent l'inconvénient de ne pouvoir être utilisés que pour certains fluides, ce qui restreint par conséquent leur15 interchangeabilité. La publication EP 0 637 713 A1 révèle un dispositif analogue destiné à assurer l'étanchéité d'un tige d'actionnement, dans laquelle un détecteur de pression est utilisé pour surveiller l'étanchéité d'un presse-20 étoupe, et ce par le fait que la pression mesurée est convertie en un signal électrique et évaluée dans un processeur branché en aval. Une fuite, qui conduit à un établissement de pression dans le presse-étoupe considéré, peut en l'occurrence être détectée au moyen du détecteur de pression et du processeur. L'inconvénient de la surveillance d'étanchéité connue effectuée avec un tel détecteur réside cependant dans le fait que toutes les variations de pression, telles que celles qui sont par exemple dues à des30 variations de température ou à des mouvements de levée d'un soufflet, et aux modifications de volume qui y sont liées, sont interprétées à tort en tant que manque d'étanchéité possible. Etant donné que des détecteurs de gaz sont moins sensibles aux grandeurs parasites, à35 savoir que des variations de température et des 3 mouvements de levée intervenant en cas de fonctionnement n'influencent pas nécessairement un détecteur de gaz, ils sont préférés aux détecteurs de pression dans la pratique. 5 L'étanchéité de l'espace intérieur d'une vanne par rapport à l'extérieur, essentiellement au niveau de la tige d'actionnement, et la surveillance de l'étanchéité, revêtent de plus en plus d'importance, notamment en liaison avec la directive technique en matière d'air (TA10 Luft). L'objectif de la présente invention consiste par conséquent à perfectionner l'appareil de régulation de type mentionné de telle sorte que les inconvénients de l'état de la technique soient surmontés, à savoir que15 l'étanchéité de la tige d'actionnement soit notamment surveillée par le détecteur de pression de telle sorte que des influences perturbatrices soient pour l'essentiel exclues en toute sécurité. Cet objectif est atteint selon l'invention par le fait que la sortie de signal du détecteur de pression peut être comparée dans l'unité d'évaluation avec un seuil de réponse qui dépend au moins d'un signal de température, afin de délivrer un signal de statut de défaut au niveau d'une sortie de statut de défaut de25 l'unité d'évaluation. Dans un mode de réalisation selon l'invention, il peut en l'occurrence être prévu que la température de service du fluide de procédé de l'appareil de régulation soit détectée, et que le seuil de réponse puisse être30 modifié en fonction de la température de service. L'invention propose également que l'unité d'évaluation comporte un dispositif de réglage, par l'intermédiaire duquel la température de service peut être réglée en fonction du signal de température. Un autre mode de réalisation de l'invention est 4 caractérisé en ce que l'espace de contrôle comporte une autre prise de contrôle, à laquelle est raccordé un détecteur de température qui détecte la température dans l'espace de contrôle, et qui possède une sortie pour un5 signal de température qui est reliée à l'unité d'évaluation, et en ce que le seuil de réponse peut être modifié en fonction de la température régnant dans l'espace de contrôle. L'invention propose en outre que le seuil de réponse puisse être augmenté par paliers en fonction de l'augmentation de la température. En variante, il peut également être prévu que le seuil de réponse puisse être modifié proportionnellement au signal de température.15 Selon l'invention, on propose également que l'unité d'évaluation fonctionne à la manière d'un interrupteur de valeur limite pour la sortie de signal du détecteur de pression, et que la valeur limite puisse être modifiée en fonction de la sortie de signal du détecteur de20 température. Un mode de réalisation préféré de l'invention est caractérisé par une unité détectant la position de la tige d'actionnement, qui est reliée à l'unité d'évaluation et qui modifie le seuil de réponse en25 fonction de la position de la tige d'actionnement. Selon l'invention, l'unité d'évaluation peut avantageusement faire partie intégrante d'un régulateur de position. On préfère en outre selon l'invention que l'unité d'évaluation comporte un microprocesseur. Il peut en l'occurrence être prévu que le microprocesseur forme le quotient du signal de pression et du signal de température, et génère à la sortie de statut de défaut un signal représentant le défaut en cas35 de différence dépassant le seuil de réponse. L'invention propose également que le microprocesseur forme le produit de la position de la tige d'actionnement et du quotient du signal de pression et du signal de température, et génère à la sortie de statut de défaut un5 signal représentant le défaut en cas de différence dépassant le seuil de réponse. Selon l'invention, il est également possible qu'un prolongement de corps soit prévu entre le servomoteur et l'élément de régulation afin de protéger le servomoteur10 contre des températures élevées, et que le seuil de réponse dépende du type et de la longueur de ce prolongement de corps. L'invention propose par ailleurs qu'une ouverture à l'atmosphère agissant en tant qu'étranglement soit prévue dans une prise de contrôle ou dans l'espace de contrôle. Enfin, selon l'invention il peut également être prévu que l'unité d'évaluation comporte un filtre de temporisation qui possède une liaison logique avec le seuil de réponse, et qui supprime des variations de20 pression de courte durée. L'invention est par conséquent basée sur la constatation surprenante que, notamment des influences de température, et le cas échéant également des modifications de volume, qui sont par exemple dues à des25 mouvements de levée d'une tige d'actionnement, sont si intimement liées au fluide de procédé et à l'appareil de régulation en tant que grandeurs perturbatrices de la pression régnant dans l'espace de contrôle, que l'unité d'évaluation doit faire partie intégrante de l'appareil30 de régulation lui-même pour assurer une surveillance sûre de l'appareil de régulation, et délivre également une sortie fiable de statut de défaut indépendamment de la température et de la position de la tige d'actionnement dès lors que, outre l'analyse desdites influences35 perturbatrices exercées sur la pression, on tient également compte de l'influence due à la température, et de préférence de l'influence due au volume, par une adaptation d'un seuil de réponse directement sur l'appareil de régulation. 5 D'autres particularités et avantages de l'invention découlent de la description ci-après qui décrit en détail des exemples de réalisation à l'aide d'un dessin schématique constitué d'une seule figure, qui représente une vue en coupe d'un appareil de régulation selon10 l'invention. La figure représente un mode de réalisation préféré d'un appareil de régulation selon l'invention agencé sous la forme d'une vanne à levée. Un organe d'étranglement 22 est en l'occurrence relié à une tige d'actionnement 20,15 et forme avec un siège 24 de vanne un point d'étranglement variable dans un corps 26 de vanne. Le mouvement de levée de l'organe d'étranglement 22 est provoqué par un servomoteur 40 qui est commandé par voie pneumatique, et qui comporte à cet effet un raccordement20 50 pour un fluide de procédé destiné à engendrer une pression de commande ou de régulation, cette dernière générant une force qui s'oppose à la force d'un accumulateur à ressort 46 par l'intermédiaire d'une surface active d'une membrane 42. L'accumulateur à25 ressort 46 prend en l'occurrence appui sur un disque rigide à membrane 44 auquel la tige d'actionnement 20 est reliée par des vis 52, 54. Un soufflet 30 est prévu pour assurer l'étanchéité d'un espace intérieur 28 de vanne, lequel est de son côté relié de façon étanche, d'une part au niveau de son raccordement 32 de soufflet à l'organe d'étranglement 22, et d'autre à un joint 34 de soufflet. Le joint 34 de soufflet constitue en l'occurrence un premier point d'étanchéité 10 de l'étanchéité de l'espace intérieur 2835 de la vanne par rapport au corps, et est réalisé sous la 7 forme d'une rondelle d'étanchéité située entre un prolongement 36 du corps, qui absorbe la longueur hors tout du soufflet 30, et un élément de liaison 38. Un deuxième point d'étanchéité 12 sert également à assurer5 l'étanchéité de la tige d'actionnement 20 par rapport au corps, et est en l'occurrence réalisé de façon particulièrement simple sous la forme d'une bague torique. L'appareil de régulation selon l'invention peut cependant être réalisé indépendamment du type des points d'étanchéité 10, 12. A cet effet, et comme il est notamment usuel lorsque les exigences sont élevées en matière d'étanchéité, le premier point d'étanchéité 10 peut être notamment constitué d'un soufflet 30, et le15 deuxième point d'étanchéité 12 d'une garniture à presse- étoupe. Il est par ailleurs possible que les deux points d'étanchéité 10, 12 soient constitués de garnitures à presse-étoupe. Un espace de contrôle 14 comportant des prises de contrôle 16, 18 est mis à disposition entre le premier et le deuxième point d'étanchéité 10, 12. Un détecteur de pression 60 est raccordé à la prise de contrôle 16, et un détecteur de température 62 est raccordé à la prise de contrôle 18 afin de pouvoir mesurer simultanément la25 pression et la température à l'intérieur de l'espace de contrôle 14. Les sorties 66, 68 de signaux des deux détecteurs , 62 sont reliées à une unité d'évaluation 64 pour l'adaptation d'un seuil de réponse, sont enchaînées entre elles dans cette dernière, et sont converties en fonction de la relation réglée en un signal qui est disponible à une sortie 70 de statut de défaut. Un mode de réalisation particulièrement simple de l'invention travaille sans détecteur de température dans l'espace de contrôle 14, le seuil de réponse étant alors 8 modifié en fonction de la température de service du fluide de procédé qui influence considérablement la température réelle dans l'espace de contrôle 14. Il n'est pas impératif que la température de service soit5 déterminée directement sur l'appareil de régulation, mais elle peut également l'être à un éloignement important de l'appareil de régulation. Même pour des appareils de régulation qui, dans le cas de fluides de procédé particulièrement chauds, réduisent de façon ciblée la température au niveau du servomoteur 40 par le prolongement 36 du corps entre l'élément de régulation 22, 24 et le servomoteur 40, la connaissance de la température de service suffit dans la plupart des cas pour arriver à une conclusion assez15 précise de la température régnant dans l'espace de contrôle 14. Cela est possible étant donné que la température ambiante est en règle générale faible par rapport à la température de service, et qu'il existe de ce fait une chute de température caractéristique pour un20 certain prolongement 36 de corps. La relation nécessaire pour un certain prolongement 36 de corps entre la température de service et la température atteinte dans l'espace de contrôle 14 peut en l'occurrence être déterminée théoriquement, ou par voie expérimentale.25 L'utilisation de bus de champ, non représentés, permet notamment une transmission simple de la température de service à l'unité d'évaluation 64 tout en renonçant au détecteur de température. Dans un mode de réalisation, l'unité d'évaluation 64 comporte avantageusement un dispositif de réglage à l'aide duquel il est possible de régler une valeur de signal correspondant à la température de service, laquelle modifie le seuil de réponse directement au niveau de l'unité d'évaluation 64. Une liaison35 supplémentaire de signal n'est donc de ce fait pas 9 nécessaire pour la transmission de la température de service. L'utilisation du détecteur de température 62 permet cependant une adaptation plus précise et plus rapide du seuil de réponse à la température régnant dans l'espace de contrôle 14 que dans le cas o il n'est tenu compte que de la température de service. Le seuil de réponse peut être augmenté proportionnellement au signal de la température mesurée, afin de tenir ainsi compte avec une grande précision des montées en pression provoquées selon les lois des gaz par une augmentation de température. L'unité d'évaluation 64 peut cependant également fonctionner de façon particulièrement simple à la manière d'un interrupteur de valeur limite pour la sortie 66 de signal du détecteur de pression 60, la valeur limite se modifiant alors en fonction de la sortie 68 de signal du détecteur de température 62. Après le dépassement d'une plage de température, le seuil de réponse augmente alors20 par paliers. Dans le cas de conditions de température constantes de longue durée, l'adaptation du seuil de réponse peut en outre être effectuée dans des intervalles de temps importants. Si l'appareil de régulation dispose d'un25 détecteur de température 62 raccordé à l'espace de contrôle 14, celui-ci n'est pas lu par l'unité d'évaluation 64 pendant des périodes de conditions de température constantes. Pour des cas d'application spécifiques qui, en raison de température constante du30 fluide de procédé et de conditions extérieures constantes, ne provoquent guère de variations de température dans l'espace de contrôle 14 sur des périodes prolongées, le détecteur de température 62 peut être coupé, voire même temporairement complètement démonté.35 Un mode de réalisation alternatif selon l'invention comporte avantageusement une unité, non représentée, qui détecte la position de la tige d'actionnement 20. Cette unité génère un signal de sortie représentant la position de la tige d'actionnement 20 et est reliée à l'unité5 d'évaluation 64. Au moyen de la position de la tige d'actionnement 20, l'unité d'évaluation 64 conclut à une modification de volume de l'espace de contrôle 14 intervenant, au moins dans le cas de soufflets 30, et influence le seuil de réponse de façon correspondante. De10 ce fait, des modifications de volume dues à des mouvements de levée de la tige d'actionnement 20 peuvent également être prises en compte dans le signal disponible à la sortie 70 de statut de défaut. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on prévoit d'intégrer l'unité d'évaluation 64 dans un régulateur de position. Notamment dans le cas de ces appareils de régulation, la prise en compte de la position de la tige d'actionnement 20 est facile à réaliser, car le capteur prévu dans le régulateur de20 position pour la position de la tige d'actionnement 20, peut également être utilisé en cours de fonctionnement pour la correction d'éventuelles modifications de volume de l'espace de contrôle 14, telles que celles intervenant en cas d'utilisation du soufflet 30. Lorsqu'il existe25 déjà un régulateur de position, il est par ailleurs possible de renoncer à un boîtier supplémentaire pour l'unité d'évaluation 64. Un mode de réalisation de l'invention est avantageux, dans le cas duquel l'unité d'évaluation 64 comporte un microprocesseur afin de pouvoir définir également des relations plus complexes entre la pression, la température, ainsi que le cas échéant le volume et le statut de défaut. En fonction du comportement attendu selon les lois des gaz, le microprocesseur peut par35 exemple calculer le quotient des signaux de pression et Il de température, et générer à la sortie 70 de statut de défaut un signal représentant le défaut en cas de différence dépassant le seuil de réponse. Le microprocesseur peut également former le produit de la5 position de la tige d'actionnement 20 et du quotient des signaux de pression et de température, et générer à la sortie 70 de statut de défaut un signal représentant le défaut en cas de différence dépassant le seuil de réponse. Dans le cas de régulateurs de position10 numériques, ces tâches peuvent notamment être avantageusement combinées par le fait que le microprocesseur du régulateur de position effectue également l'opération de l'unité d'évaluation 64. Un autre mode de réalisation est tout aussi avantageux, dans le cas duquel une ouverture à l'atmosphère, non représentée, agissant en tant qu'étranglement, est prévue dans l'espace de contrôle 14 ou dans une prise de contrôle 16, 18. De ce fait, la pression régnant dans l'espace de contrôle 14 peut être20 compensée par rapport à la pression atmosphérique apres des variations temporaires de pression, qui sont par exemple dues à des variations de température. Une augmentation de pression non temporaire ne peut de ce fait intervenir au niveau du détecteur de pression 60 que25 dans le cas de l'apparition d'un flux massique, qui est par exemple dû à une fuite au niveau du soufflet 30. L'influence de la température en tant que grandeur perturbatrice peut de ce fait être dans une large mesure supprimée. Avec une telle ouverture d'étranglement, la30 plage de travail du détecteur de pression 60 peut être choisie de façon sensiblement moins importante que dans le cas d'espaces de contrôle 14 entièrement fermés de façon étanche à la pression, la fuite minimale détectable étant augmentée en raison de l'ouverture qui agit comme une fuite fictive. Etant donné que, dans le cas de vannes à levée avec des soufflets 30 par exemple, des modifications rapides de positions de la tige d'actionnement 20 provoquent également des variations de pression de courte durée, on propose en outre que l'unité d'évaluation 64 comporte un filtre de temporisation qui possède une liaison logique avec le seuil de réponse, et qui supprime ces variations de pression de courte durée. Cependant, si une variation de pression dépassant le seuil de réponse persiste10 pendant un laps de temps caractéristique, un signal de statut de défaut indiquant la fuite est délivré à la sortie 70. La taille de l'ouverture à choisir en tant qu'étranglement, et le laps de temps caractéristique d'un filtre de temporisation, dépendent l'un de l'autre ainsi que du type de l'appareil de régulation. Les paramètres optimaux pour un appareil de régulation défini peuvent être déterminés théoriquement ou par voie expérimentale. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du25 domaine de l'invention. Liste des riférences numériques Premier point d'étanchéité 12 Deuxième point d'étanchéité 14 Espace de contrôle 16 Prise de contrôle 18 Prise de contrôle Tige d'actionnement 22 Organe d'étranglement 24 Siège de vanne 26 Corps de vanne 28 Espace intérieur de vanne Soufflet 32 Raccordement de soufflet 34 Joint de soufflet 36 Prolongement de corps 38 Elément de liaison Servomoteur 42 Membrane 44 Disque à membrane 46 Accumulateur à ressort 48 Boîtier Raccordement de pression de régulation 52, 54 Ecrou 60 Détecteur de pression 62 Détecteur de température 64 Unité d'évaluation 66 Sortie de signal 68 Sortie de signal 70 Sortie de statut de défaut REVENDICATIONS 1. Appareil de régulation comportant un servomoteur (40) auquel est relié un élément de régulation, l'élément de régulation comportant au moins un siège de vanne (24) et un organe d'étranglement (22) associé, l'organe d'étranglement étant mobile par rapport au siège de vanne (24) au moyen d'une tige d'actionnement (20) reliée au servomoteur (40) pour effectuer un mouvement de rotation et/ou de levée, l'étanchéité de la tige d'actionnement (20) par rapport à l'espace intérieur de la vanne (28) étant assurée par un premier point d'étanchéité (10), un deuxième point d'étanchéité (12) assurant également l'étanchéité de la tige15 d'actionnement, et un espace de contrôle (14) accessible par l'intermédiaire d'au moins une prise de contrôle (16, 18) existant entre les deux points d'étanchéité (10, 12), à laquelle est raccordé un détecteur de pression (60) qui est de son côté relié à une unité d'évaluation (64) destinée à surveiller le fonctionnement de l'appareil de régulation, caractérisé en ce que la sortie (66) de signal du détecteur de pression (60) peut être comparée dans l'unité d'évaluation (64) avec un seuil de réponse qui dépend au moins d'un signal de température, afin de25 délivrer un signal de statut de défaut au niveau d'une sortie (70) de statut de défaut de l'unité d'évaluation (64). 2. Appareil de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de service du fluide de procédé de l'appareil de régulation peut être détectée, et en ce que le seuil de réponse peut être modifié en fonction de la température de service. 3. Appareil de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (64) comporte un dispositif de réglage, par l'intermédiaire duquel la température de service peut être réglée en fonction du signal de température. 4. Appareil de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace de contrôle (14) comporte une autre prise de contrôle (18), à laquelle est raccordé un détecteur de température (62) qui détecte la température dans l'espace de contrôle (14), et qui possède une sortie (68) pour un signal de température qui est reliée à l'unité d'évaluation (64), et en ce que le10 seuil de réponse peut être modifié en fonction de la température régnant dans l'espace de contrôle (14). 5. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le seuil de réponse peut être augmenté par paliers en15 fonction de l'augmentation de la température. 6. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le seuil de réponse peut être modifié proportionnellement au signal de température.20 7. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (64) fonctionne à la manière d'un interrupteur de valeur limite pour la sortie (66) de signal du détecteur de pression (60), et en ce que la25 valeur limite peut être modifiée en fonction de la sortie (68) de signal du détecteur de température (62). 8. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une unité détectant la position de la tige d'actionnement (20), qui30 est reliée à l'unité d'évaluation (64) et qui modifie le seuil de réponse en fonction de la position de la tige d'actionnement. 9. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (64) fait partie intégrante d'un 16 régulateur de position. 10. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (64) comporte un microprocesseur.5 11. Appareil de régulation selon la revendication , caractérisé en ce que le microprocesseur forme le quotient du signal de pression et du signal de température, et génère à la sortie (70) de statut de défaut un signal représentant le défaut en cas de10 différence dépassant le seuil de réponse. 12. Appareil de régulation selon la revendication 11, caractérisé en ce que le microprocesseur forme le produit de la position de la tige d'actionnement (20) et du quotient du signal de pression et du signal de15 température, et génère à la sortie (11) de statut de défaut un signal représentant le défaut en cas de différence dépassant le seuil de réponse. 13. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un prolongement (36) de corps est prévu entre le servomoteur (40) et l'élément de régulation (22, 24) afin de protéger le servomoteur (40) contre des températures élevées, et que le seuil de réponse dépend du type et de la longueur de ce prolongement (36) de corps.25 14. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une ouverture à l'atmosphère agissant en tant qu'étranglement est prévue dans une prise de contrôle (16, 18) ou dans l'espace de contrôle (14). 30 15. Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (64) comporte un filtre de temporisation qui possède une liaison logique avec le seuil de réponse, et qui supprime des variations de35 pression de courte durée.