Brevet FR2781861A1 — publié le 20000204

La présente invention a pour objet un dispositif de commande d'une vanne quart de tour. Le terme vanne quart de tour doit être pris au sens large, couvrant les vannes ou robinets dont l'obturateur ou clapet peut être constitué par un papillon, un boisseau sphérique, conique.... Le dispositif dont il s'agit vise essentiellement à réaliser le passage d'une vanne d'une position d'ouverture vers sa position de fermeture ou inversement. De telles vannes sont utilisées par exemple sur les circuits d'hydrocarbures, ou sur les réseaux incendie. Généralement, il convient de pouvoir commander à distance une telle vanne, à l'aide de moyens électriques mettant en oeuvre notamment un électro-aimant. Dans une telle application, il convient de pouvoir réaliser rapidement le mouvement de l'obturateur, généralement la fermeture de celui-ci, mais d'amortir suffisamment le mouvement pour éviter les détériorations du matériel. Dans un dispositif connu l'actionnement de l'obturateur est réalisé par un ressort en spirale agissant sur l'arbre de l'obturateur, cet arbre étant également associé à un amortisseur pneumatique du mouvement de l'obturateur, et à un dispositif de déclenchement par un électro-aimant. L'électro-aimant agit sur un doigt de verrouillage de l'obturateur dans sa position d'ouverture. Si cette solution donne satisfaction d'un point de vue de son fonctionnement, elle met en oeuvre une pluralité d'éléments dissociés les uns des autres, et coûteux en eux-mêmes, conduisant à un ensemble complexe, encombrant et très cher. Le but de l'invention est de permettre l'actionnement d'une vanne quart de tour de façon fiable à l'aide de moyens simples et économiques, se présentant sous une forme compacte, tout en réalisant un amortissement du mouvement de l'obturateur lors de sa fermeture. A cet effet, le dispositif qu'elle concerne, comprend un vérin hydraulique à simple effet comportant une chambre centrale séparée de deux chambres d'extrémité par deux pistons comprenant, dans la chambre centrale, deux crémaillères symétriques engrenant avec un pignon calé sur l'arbre de l'obturateur de la vanne, deux ressorts logés dans les deux chambres d'extrémité tendant à rapprocher les deux pistons pour réduire le volume de la chambre centrale, la chambre centrale communiquant avec les deux chambres d'extrémité par un canal sur lequel sont montés des moyens de fermeture et d'ouverture de celui-ci, des moyens d'actionnement du pignon étant prévus pour permettre le passage de fluide des chambres d'extrémité vers la chambre centrale. Si l'on considère qu'en position ouverte de la vanne, la chambre centrale du piston à simple effet est en position de remplissage maximal et les chambres d'extrémité en position de remplissage minimal, et que la chambre centrale est isolée des chambres d'extrémité, le fonctionnement est le suivant. Pour réaliser la fermeture de la vanne, la chambre centrale est mise en communication avec les chambres d'extrémité, position dans laquelle les ressorts contenus dans les chambres d'extrémité se détendent pour provoquer le transfert du fluide de la chambre centrale vers les chambres d'extrémité. Les crémaillères des deux pistons entraînent le pignon et par suite l'obturateur de la vanne pour assurer la fermeture de celle-ci. Suivant une forme préférée d'exécution de ce dispositif, le canal de mise en communication de la chambre centrale avec les chambres d'extrémité est équipé de deux branches de dérivation en parallèle sur l'une desquelles est monté un distributeur permettant ou non le passage de fluide et sur l'autre desquelles est monté un clapet anti-retour permettant le passage de fluide uniquement dans le sens de remplissage de la chambre centrale. Avantageusement, pour réaliser une commande à distance, le distributeur est soumis d'une part à l'action d'un ressort le maintenant dans une première position stable et d'autre part à l'action d'un électro-aimant destiné à le faire passer dans son autre position. Suivant le type d'installation dont il s'agit, le mouvement du distributeur dans un sens de communication de la chambre centrale et des chambres d'extrémité peut être obtenu par alimentation en courant de la bobine de l'électro-aimant ou par coupure de cette même alimentation. Suivant une autre caractéristique de l'invention, sur la branche de vidange de la chambre centrale, équipée du distributeur, est disposé un orifice calibré réglable de réglage du débit. Le réglage du débit de vidange de la chambre centrale du piston permet de contrôler la fermeture de l'obturateur et par suite l'amortissement du mouvement de l'obturateur. Suivant une possibilité, le clapet anti-retour est associé à un mécanisme d'actionnement manuel constitué par un système de type coup de poing comprenant une tige terminée par un bouton de commande et dont l'autre extrémité prend appui sur la partie mobile du clapet. Si le dispositif de commande du distributeur était défectueux, il est possible d'agir sur le dispositif de sécurité manuel en actionnant le système de type coup de poing et en enfonçant le bouton, qui peut être estimé entre 1 et 2 secondes pour des vannes traditionnelles. Afin de réarmer la vanne, c'est à dire de la faire passer de sa position de fermeture à sa position d'ouverture, ou inversement, il est prévu des moyens d'actionnement qui peuvent être des moyens d'actionnement manuels constitués par une tige sortant du vérin et se terminant par un carré d'entraînement. Au cours de l'entraînement de ce carré, le pignon va être entraîné en rotation dans un sens d'écartement des deux pistons, le fluide étant chassé des chambres d'extrémité vers la chambre centrale, le passage pouvant se faire par la branche de dérivation sur laquelle est monté le clapet anti-retour. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif. Figure 1 est une vue de face du dispositif et de la vanne à laquelle il est associé, Figure 2 est une vue de côté du dispositif et de la vanne à laquelle il est associé, Figures 3 et 4 sont deux vues de principes du dispositif respectivement en fin de mouvement de la vanne et au cours de son réarmement. Les figures 1 et 2 représentent un corps de vanne 2 à l'intérieur duquel est monté un obturateur désigné par la référence générale 3, cet obturateur tournant étant solidaire d'un arbre qui traverse un tube 4 traversant un vérin à simple effet 5 et dont l'extrémité libre est équipée d'un carré d'entraînement 6 qui est situé au-dessus du carter contenant le vérin à simple effet. La figure 2 montre également un bloc 7 contenant les moyens de commande. Ces moyens de commande, qui sont détaillés aux figures 3 et 4, comprennent un vérin hydraulique à simple effet, comportant une chambre centrale 9 séparée de deux chambres d'extrémité 10 par deux pistons 12 comprenant dans la chambre centrale deux crémaillères symétriques 13 engrenant avec un pignon 14 calé sur l'arbre de l'obturateur de la vanne. Deux ressorts 15 logés dans les deux chambres d'extrémité 10 tendent à rapprocher les deux pistons pour réduire le volume de la chambre centrale et assurer le transfert du fluide vers les chambres d'extrémité. Dans la chambre centrale débouche un canal 16 se subdivisant en deux branches 17 et 21, qui se rejoignent ultérieurement et forment deux canaux secondaires 19 débouchant dans les deux chambres d'extrémité 10. Sur la branche 17 est monté un distributeur 18, soumis aux actions antagonistes d'un électro-aimant 20 et d'un ressort 22. Sur la branche 17 est également monté un orifice calibré réglable 23. Sur la branche 21 est monté un clapet anti-retour 24 comprenant une bille 25 normalement maintenue en appui sur son siège 26 de façon à ne permettre le passage de fluide que dans le sens de remplissage de la chambre centrale 9, et non dans l'autre sens. La bille 25 peut être déplacée vers sa position d'ouverture à l'aide d'une tige 27 à l'extrémité libre de laquelle est situé un bouton 28, la tige 27 étant normalement maintenue en position reculée par un ressort 30. L'ensemble constitué par la tige 27 et le bouton 28 est un dispositif connu sous le nom de dispositif coup de poing. Lorsque la vanne est en position ouverte, la chambre centrale 9 se trouve dans sa position de remplissage maximal, c'est à dire dans la position représentée à la figure 4, et le distributeur 18 isole la chambre centrale 9 des chambres d'extrémité 10. La pression de fluide dans la chambre 9 bloque la vanne dans la position d'ouverture. Pour réaliser la fermeture de la vanne, l'électro-aimant commande le passage du distributeur dans la position représentée à la figure 3, mettant en communication la chambre centrale 9 et les chambres d'extrémité 10. Sous l'action de détente des ressorts 15, les pistons 12 se rapprochent, le fluide s'écoulant par le canal 16, la branche 17, le distributeur 18, I'orifice calibré 23 puis à travers les canaux secondaires jusque dans les chambres d'extrémité 10, jusqu'à fermeture totale de la vanne, position correspondant sensiblement à la position du dispositif de commande représenté à la figure 3. En fin de vidange, l'électro-aimant change d'état et le distributeur revient dans la position représentée à la figure 4. Il est alors possible, d'entraîner manuellement le pignon 14 à l'aide du carré 6 pour écarter les deux pistons 12 à l'encontre de l'action des ressorts 15. Le volume des chambres 10 diminuant, le fluide est chassé en direction de la chambre centrale 9, le passage se faisant par la branche 21 à travers le clapet anti-retour 24. En fin de course, la vanne se trouve en position entièrement ouverte. En cas de défaut sur le dispositif de commande par électro- aimant il est possible d'actionner manuellement la vanne en agissant sur le bouton 28. Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un dispositif de conception simple, mettant en oeuvre des composants peu complexes, et d'un prix modéré. Il peut être noté que ce dispositif assure simultanément les fonctions de manoeuvre de l'obturateur de la vanne, et d'amortissement du mouvement. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le dispositif de mise en communication de la chambre centrale et des chambres d'extrémité pourrait être différent et constitué par un distributeur actionné manuellement, ou encore que le dispositif de mise en communication pourrait ne comporter que le clapet anti-retour qui soit actionné manuellement en position d'ouverture, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. - 2781861 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande d'une vanne quart de tour, caractérisé en ce qu'il comprend un vérin hydraulique (5) à simple effet comportant une chambre centrale (9) séparée de deux chambres d'extrémité (10) par deux pistons (12) comprenant, dans la chambre centrale, deux crémaillères symétriques (13) engrenant avec un pignon (14) calé sur l'arbre de l'obturateur de la vanne, deux ressorts (15) logés dans les deux chambres d'extrémité (10) tendant à rapprocher les deux pistons (12) pour réduire le volume de la chambre centrale, la chambre centrale (9) communiquant avec les deux chambres d'extrémité (10) par un canal (16) sur lequel sont montés des moyens (18) de fermeture et d'ouverture de celui-ci, des moyens d'actionnement du pignon étant prévus pour permettre le passage de fluide des chambres d'extrémité vers la chambre centrale. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal (16) de mise en communication de la chambre centrale (9) avec les chambres d'extrémité (10) est équipé de deux branches de dérivation (17, 21) en parallèle, sur l'une desquelles est monté un distributeur (18) permettant ou non le passage de fluide et sur l'autre desquelles est monté un clapet anti-retour (24) permettant le passage de fluide uniquement dans le sens de remplissage de la chambre centrale (9). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le distributeur (18) est soumis d'une part à l'action d'un ressort (22) le maintenant dans une première position stable et d'autre part à l'action d'un électro-aimant (20) destiné à le faire passer dans son autre position. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, sur la branche de vidange (17) de la chambre centrale, équipée du distributeur (18), est disposé un orifice calibré réglable (23) de réglage du débit. 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le clapet anti-retour (24) est associé à un mécanisme d'actionnement manuel constitué par un système de type coup de poing comprenant une tige (27) terminée par un bouton de commande (28) et dont l'autre extrémité prend appui sur la partie mobile (25) du clapet. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens d'actionnement du pignon (14) sont constitués par une tige sortant du piston et se terminant par un carré d'entraînement (6).