Brevet FR2807136A1 — publié le 20011005

L' invention concerne un dispositif permettant de rendre possible la commande à distance de l'ouverture et de la fermeture d'une vanne grâce à des impulsions d'un courant électrique . Lorsqu' il s'agit d'automatiser le contrôle de la circulation d' un fluide dans une installation, le choix de vannes est souvent limité à des exemplaires mécaniquement complexes donc coûteux et nécessitant un entretien fréquent . Quelques modèles simples à commande par électro-aimant existent , cependant leur maintien en position ouverte ou fermée nécessite l'application en permanence courant électrique non négligeable . L'invention présentée permet de mettre à disposition concepteurs une vanne fabrication simple selon l' état des techniques industrielles . Elle se veut facile à piloter par une interface informatisée et ne consomme pas énergie en dehors des phases de commande . En effet elle se compose d' un corps creusé d'une chambre à l'intérieur de laquelle se meut un piston . Le corps de vanne est fixé sur une embase qui comporte le siège de la vanne percé d'un orifice par lequel circule le fluide , et les éléments reliant la vanne au reste de l'installation : brides , exemple , ou filetages . tige , fabriquée dans un matériau magnétiquement inerte traverse la chambre et le piston ( rendu solidaire de la tige par une fixation mécanique comme un jonc élastique exemple ) . Cette tige , en ce déplaçant suivant son axe longitudinal , vient obturer ou dégager le siège dans l' embase de la vanne . La tige est creuse sur une partie de sa longueur, de façon à permettre au fluide d'envahir la chambre du corps de vanne. Une masselotte est fixée sur la tige , sur sa partie opposée à l'embase . Cette masselotte est constituée d'un matériau réagissant fortement en présence d'un champ magnétique sans toutefois être magnétisable ( comme de la ferrite par exemple ) . La masselotte est isolée du contact du fluide ( en la logeant par exemple dans une cavité adéquate de la tige obturée ensuite par une résine synthétique ) . Sur le corps la vanne , à l'opposé de l'embase , est fixé un électro-aimant dont le noyau , creux , vient envelopper l'extrémité la tige munie de sa masselotte . La cavité du noyau est borgne et vient compléter la chambre du corps de vanne . Leur plan de joint est rendu étanche ( pâte à joint et serrage exemple ) . Un capot protecteur et enjoliveur couvre électro-aimant tout en offrant un moyen commode d' immobilisation de ce dernier . Le corps de l'électro aimant est constitué de deux enroulements de fils conducteurs bobinés de telle façon que leurs spires soient , sur chaque couche , imbriquées en les intercalant spire à spire . Les deux enroulements sont également décalés suivant leur axe longitudinal d' une distance peu supérieure à la valeur du déplacement de la tige mobile . Les extrémités de ces enroulements aboutissent à un moyen de liaison vers le système électrique de commande ( bornier ou prise par exemple ) . La commande de fermeture correspond à l'activation par un courant électrique de l'enroulement le plus proche du corps de vanne Cela provoque l'attraction de la masselotte qui tend à gagner le centre des forces magnétiques de cet enroulement et entraîne avec elle la tige mobile vers le siège de l'embase . Lorsque la vanne est en position fermée , la pression du fluide agit sur le piston , maintenant l'appui de la tige sur le siège . Une fois cette position atteinte l' impulsion électrique de commande peut cesser . Au contraire une commande d'ouverture consiste à activer l'enroulement le plus éloigné du corps . La masselotte se déplace alors vers le centre des forces magnétiques de cet enroulement en provoquant d' abord le décollement de la tige mobile du siège , libérant la pression du fluide qui s'équilibre dans les diverses cavités de la vanne . Le piston devient inopérant. La tige se retire, donnant libre passage au fluide . L'impulsion de commande peut alors cesser, la position ouverture étant maintenue par le frottement du piston sur les parois de la chambre et le poids de l'équipage mobile. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente , en coupe , le dispositif de l'invention . La vanne est dessinée en position fermée. La figure 2 représente , en coupe , le dispositif de l'invention . La vanne est dessinée en position ouverte . La figure 3 représente schématiquement le mode de bobinage des enroulements de l' électro-aimant. Seule la première couche de spires est représentée. La figure 4 représente le schéma de câblage de cet électro-aimant. La figure 5 représente une modification du schéma de câblage pour une liaison deux fils électrique avec le dispositif de commande . En référence aux figures 1 et 2 le dispositif comporte un corps de vanne (1) renfermant une chambre (2) . Ce corps de vanne (1) est fixé sur une embase dans laquelle circule le fluide à travers le siège (4) . La liaison entre corps (1) et embase est rendue étanche , par exemple par un joint élastique (5) . Un piston (6) rendu solidaire d'une tige mobile (7) (en utilisant par exemple un jonc élastique (8) ) se déplace dans la chambre (2) en suivant les mouvements la tige (7) . Des orifices (9) permettent au fluide de noyer la chambre (2) alors que des rainures (10) longitudinales ou en hélice creusés dans la tige (7) dosent le flux et le reflux de celui-ci . En position fermée de la vanne la pression du fluide dans la chambre (2) maintien l'appui de la tige (7) sur le siège (4) . Une masselotte (11) de nature fortement réactive à un champ magnétique est fixée sur la tige (7) et maintenue à l'abri du fluide , par exemple en la logeant dans une cavité de la tige (7) , cavité qui pourra être obturée par un bouchon (12) de résine synthétique . Les enroulements (13) et (14) imbriqués spire à spire (comme il est schématisé sur la figure 3 ) constituent un électro-aimant double (15) dont le noyau (16) est creux. L' électro-aimant (15) est sur le corps (1) de telle façon que la liaison du noyau creux (16) sur le corps (1) soit rendue étanche , par exemple par vissage d'un capot protecteur (22) . Les extrémités (17) enroulements (13) et (14) traversent le noyau (16) et sont accessibles dans la cavité (18) afin de pouvoir être reliées à un système de branchement tel par exemple que des broches (19) . La cavité (18) , qui pourra recevoir les diodes suggérées en figure 5 , est ensuite obstruée en la comblant de résine synthétique par exemple . La circulation d'un courant électrique dans l'un ou l'autre des enroulements (13) et (14) fait apparaître au voisinage de l'enroulement concerné un champ magnétique dont point (20) marque le centre d'équilibre pour l'enroulement (13) alors que le point (21) marque le centre d'équilibre pour l'enroulement (14) . La masselotte (11) réagit à la présence de ce champ magnétique en se déplaçant suivant l'axe longitudinal l'électro-aimant (15) , et tend à faire coïncider la position de son centre de gravité avec celle du centre d'équilibre (20) ou (21) correspondant. Dans sa course elle entraine donc le déplacement (D) de la tige (7) . En référence à la figure 3 le mode de bobinage des enroulements (13) et (14) consiste à réaliser des couches superposées , chaque couche étant constituée Pour l'enroulement (13) Partie (A) : D' un nombre (n1) de spires jointives sur une longueur (L1) légèrement supérieure à la valeur du déplacement (D) (voir fig . 2 ) . Partie (B) : D'un nombre (n2) de spires espacées d'une distance (d1) égale au diamètre du fil utilisé et ce sur une longueur (L2) dépendant des dimensions que l'on devra donner à l'électro-aimant. Pour l'enroulement (14) Partie (A1) : D'un nombre (n3) égal à (n2) de spires espacées d'une distance (d2) égale à (d1) , et ce sur une longueur (L3) égale à (L2) . Ces spires viennent donc s'intercaler entre les spires de la partie (B) de l' enroulement (13) . Partie (B1) : D' un nombre (n4) égal à (n1) de spires jointives sur une longueur (L4) égale à (L1) . Ces dimensions et nombres sont liées aux cotes et au poids des pièces en mouvement de la vanne , ainsi qu' à la pression du fluide , et varient donc suivant chaque type d'application Le nombre des couches superposées ainsi réalisées dépend des mêmes conditions . En référence à la figure 4 le schéma de circuit électrique proposé pour la mise en oeuvre de l'invention est composé d'un générateur (G) qui par l' intermédiaire d'un dérivateur (K1) fait circuler un courant (1) soit dans l' enroulement (13) soit dans l' enroulement (14) aussi longtemps que le poussoir (P) est appuyé. La figure 5 décrit une modification du branchement l' électro-aimant qui ne nécessite qu'une ligne de deux fils , économique pour les commandes à longue distance Le générateur fait circuler le courant (1) à travers un inverseur (K2) . Suivant la polarité , les diodes (V1) et (V2) laissent passer ce courant vers les enroulements (13) ou (14), autant dure une pression sur le poussoir (P) . Selon les figures 1, 2 et 3 l'invention pourra être réalisée dans les matériaux les plus divers en tenant compte des conditions de températures milieu et de la capacité corrosive du fluide concerné par l'application . Les caractéristiques de fonctionnement imposent seulement des propriétés non magnétiques pour tige (7) alors que la masselotte (11) devra au contraire fortement réagir en la présence d'un champ magnétique Le piston (6) n'a pas d'exigence particulière quant à son étanchéité , à condition que le rapport de sa surface à la différence des pressions régnant en aval et en amont de la vanne soit suffisamment élevé . Pour des applications en milieu aqueux on pourra par exemple le fabriquer dans un matériau semi-rigide comme le "TEFLON" . Les diverses pièces pourront être réalisées par les techniques classiques de moulage ( au sable pour les métaux ou par injection pour les matières synthétiques ) , les parties nécessitant plus de précision étant ensuite usinées à leurs cotes respectives . Le dispositif selon l'invention est destiné à toute les applications hydrauliques , il est particulièrement adapté à l' automatisation d'installations de chauffage central . REVENDICATIONS 1) Dispositif pour permettre à l' ouverture et à la fermeture d' une vanne d'être commandée à distance par des impulsions de courant électrique , caractérisé en ce qu'il comporte un électro-aimant (15) constitué de deux enroulements (13) et (14) bobinés sur un noyau creux (16) de telle façon que leurs spires s'intercalent sur chaque couche , une tige (7) mise en mouvement par le champ magnétique créé au voisinage des enroulements (13) et (14) lorsqu' ils sont parcourus par un courant électrique impulsionnel , la tige (7) venant alors obturer ou découvrir le siège (4) de la vanne 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tige (7) est solidaire d'une masselotte (11) sensible à la présence d'un champ magnétique créé par la circulation périodique d'un courant électrique dans les enroulements (13) ou (14) de l' 'lectro-aimant (15) , provoquant le déplacement de cette masselotte 1) et entrainant le même déplacement de la tige (7). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que tige (7) , étant solidaire d'un piston (6) , se déplace à l'intérieur de la cavité délimitée par le noyau creux (16) et la chambre (2) d'un corps (1). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé ce que la tige (7) comporte des rainures (10) permettant de doser le passage du fluide 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé ce que la tige (7) est évidée en partie selon des orifices (9) afin que la pression du fluide s'introduisant par les orifices (9) provoque le maintien de la position de la tige (7) lorsque celle-ci vient s'appuyer sur le siège (4) de la vanne .