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BREVETS D'INVENTION "Perfectionnements aux installations popr la commande de vannes de vapeur, robinets-vannes et analogues."
La présente invention se rapporte aux installa- tions de oommande de robinets vannes ou appareils analo- gues actionnés par volant, qui doivent être entrainés al- ternativement dans des directions opposées et qui n'ont
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à fonctionner que d'une façon intermittente . Il y atoujours avantage et quelque fois nécessité à commander de telles vannes au moyen de servo-moteur. Dans ce cas une puissance importante n'est pas toujours nécessaire mais il est essen- tiel d'avoir un servo-moteur qui puisse être commande aisément et rapidement.
De plus l'économie de travail est oomparative- ment sans importance en raison du fait que le servc-moteur en général fonctionne rarement et pour de courtes périodes à chaque fois, d'où il résulte qu'un prix exagéré devient un point d'une importance additionnèlle. Des moteurs électriques peuvent être utilisés pour entraîner de telles vannes mais qu'ils causent une dépense initiale très élevée tandis qu'il est très difficile de choisir un moteur hydraulique convena- ble pour entrainer les vannes à vapeur existantes.
La présen- te invention vise à l'emploi d'un moteur réversible à air comprimé comme source d'énergie pour commander de telles vannes et autres appareils ; la présente invention vise égale- ment à disposer un tel moteur de telle sorte que tout en ayant le départ, l'arrêt et le changement de marche faciles, d'un poste de commande relativement éloigné de ce moteur, les tuyauteries nécessaires et autres appareils, et par suite le capital engagé, sont réduits au minimum.
Conformément à 'la présente invention, dans une instal- lation du type décrit, l'arrivée d'air principale pour un meteur à air comprimé destiné à actionner le robinet-vanne ou analogue, en réalité la quantité d'air totale qui entraine le moteur, est amenée à la chambre d'une valve réversible qui est prévue sur le moteur et sert à actionner cette valve ; cette arrivée d'air principale est amenée à la chambre de valve à travers un ou deux conduits, le choix du conduit dé-
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pondant du sens de rotation désiré pour le moteur. Ainsi en admettant l'air à l'un ou l'autre des conduits le moteur est entrainé dans le sens convenable jusqu'à ce que l'air de la conduite principale lui-même actionne la valve ré- versible.
Grâce à cette construction on évite la nécessité de conduites séparées pour l'air produisant la puissance et pour l'air commandant les valves. De plus grâce aux deux conduites, ainsi prévues, nécessitées par cette disposi- tion, une partie de l'air déchappement du moteur peut retourner à un instant quelconque donné par la conduite non employée comme conduite d'amenée. Cette partie de l'air retournera alors au point de contrôle à distance et servira d'indication de la mâche du moteur. Une forme in- téressante de valve à montée sur le moteur comprend un piston glissant dans un logement ayant une conduite d'amène d'air à chaque extrémité.
Quand on désire démarrer ou changer la marche du moteur il est uniquement nécessaire de permettre à l'air comprimé d'avoir accès à l'orifice d'en- trée approprié c'est-à-dire qu'il suffit d'admettre l'air par la conduite d'alimentation convenable, car det air lui-même sert au contrôle de la valve de commande dans la position appropriée et détermine ainsi le sens de rotation du moteur ; cette valve de commande est convenablement for- mée d'un corps séparé, boulonné sur la face du moteur, ce dernier pouvant être boulonné sur l'appareil à actionner avec unmécanisme approprié le reliant à celui-ci.
Le fonc- tionnement total du moteur peut être contrôlé au moyen d'une valve de commande à distance à laquelle sont reliées les deux conduites d'amenée d'air, cette valve servantà admettre l'air dans l'une ou'l'autre des conduites; elle
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peut être placée en un point quelconque convenable, le moteur lui-même pouvant être, par nécessité, dans un en- dr oit difficile d'accès.
Dans le but de permettre à l'échappement de se faire à côté du moteur et comme de plus une partie de l'air doit retourner dans le but exposé plus haut, il est pra- tique de prévoir des passages en dérivation sur l'échappe- ment distincts des conduites pour l'échappement principal.
On appréciera que comme mentionné ci-dessus une petite partie de l'échappement du moteur, grâce à cet arrange- ment, reviendra en arrière à travers une autre conduite d'amenée à la valve ou les valves de commande à distance.
Cette valve de commande à distance est ainsi construite que cette dérivation de l'air dëohappement passe à tra- vers elle et s'échappe, ceci apportant l'indication de la marche du moteur.
Il est intéressant de permettre au moteur de faire plusieurs tours avant de supporter la charge et dans ce but le moteur est disposé pour entrainer un premier arbre en prise avec un second par l'intermédiaire d'un mécanisme mouvement perdu de telle sorte que ce moteur peut faire plusieurs tours avant que le deuxième arbre commence tourner. Pour permettre une marche à vide suffisante du moteur, quand par exemple la vanne ou appareil annalogee a té brusquement complètement fermée- il est préférable d'insérer un embrayage à friction pouvant glisser, sur l'un des arbres entrainés par le moteur.
L'invention est particulièrement applicable aux vannes de vapeur importantes et vannes analogues, qui possèdent frequemment un robinet by-pass relativement petit au moyen duquel les pressions sur les deux faces de la vanne prin- cipale peuvent être égalisées avant d'ouvir ladite vanne principale. Dans ce cas il est intéressant d'employer
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l'air comprime pour actionner un petit moteur servant à ouvrir et fermer le robitet by-pass. Ce petit moteur est fixé sur le robinet by-pass ou solidaire de celui-ci, et il est relié par un tuyau au même point de commande à distance.
De préférence la même vanne de commande à dis- tance est employée pour commander l'amenée d'air aux deux moteur et dans ce cas seulement les deux tuyaux, prenant l'air au moteur principal, sont néoessaires, avec l'addi- tion d'un court tuyau branohé sur la conduite principale qui amène l'air quand la vanne principale de vapeur est fermée et le conduise au moteur du robinet by-pass. Cepen- dant des tuyaux séparés peuvent être prévus pour l'amenée d'air au moteur du by-pass avec des valves de commande séparées, dans chaque cas le robinet by-pass doit être ouvert avant l'ouverture de la vanne principale de vapeur.
La forme du moteur utilisé pour actimner le robinet by-pass peut consister simplement en un piston se déplaçant dans un cylindre et relié mécaniquement au robinet -by-pass. Ce piston est alors mû par l'air com- primé pour ouvrir le robinet, ce dernier pouvant être fermé soit par l'air comprimé admis sur l'autre face du piston, soit par la pression d'un ressort.
Dans le but de faire olairement comprendre la nature de l'invention et la manière dont elle doit être executée, quelques installations conduites en conformité sont décrites ci-après avec plus de détails en se réfé- rant aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une élévation montrant une vanne de vapeur de grand diamètre ayant un petit moteur à air comprimé, boulonne sur elle, et disposée pour actionner la vanne par l'intermédiaire d'engrenages;
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la figure 2 est une coupe en travers de ce moteur et de la valve de commande suivant la ligne II-II de la figure 1 ;
les figures 3 et 4 montrent une forme d'une valve de commande éloignée, cette figure 3 étant une coupe par la ligne III-III de la figure 4 qui représente une vue en bout des disques d'extrémités de l'obturateur de valve; les figures 5,6 et 7 montrent schématiquement une installation conforme à la présente invention appli- quée à une vanne da vapeur de grand diamètre ayant un robinet by-pass; les figures 8,9, 10,11 et 12 montrent sohéma- tiquement des installations modifiées pour commander une vanne de vapeur de grand diamètre ayant un robinet by-pass.
La figure 13 montre à une plus grande échelle une forme du moteur pour commander le robinet by-pass; les figures 14 et 15 sont des coupes respectivement par les lignes XIV- XIV et XV-XV de la figure 13.
En se reportant d'abord à la figure 1 on cherche commander une vanne de vapeur de grand diamètre 1 au moyen du moteur à air comprimé 56 qui est boulonné sur une entretoise d'acier 57. Le moteur 56 qui est dis- posé pour entrainer un arbre 3 qui est connecté par l'in- termediaire de roues dentées 4 et 5 à un arbre 6 qui ac- tionne directement la vanne principale 1. L'arbre 3 est supporte par un palier porte par un bras 58. Un volant à main 7 est prévu sur l'arbre 6 afin que la vanne prinei- pale 1 puisse être entraînée quand on désire ne pas faire tourner le moteur 56 ou lorsque, par exemple, l'ap- pareil compresseur d'air ne fonctionne pas.
Un embrayage à friction 8, capable de glisser en oas de surcharge, est
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insère sur l'arbre 3 de a façon à permettre au moteur de tourner librement quand la vanne principale 1 est fermée.
La roue dentée 4 est montée pour tourner libre- ment sur l'arbre 3 et elle est prévue avec un ergot 13 qui est en prise avec un bras 14 solidaire de l'arbre 3.
De cette façon le moteur peut faire une révolution avant d'être en charge. Cependant dans de nombreux cas il sera nécessaire de permettre au moteur de faire plusieursré- volutions avant d'être en charge et ceci peut être prevu en disposant la butée 13 pour être entrainée par un ar- bre tournant lentement en prise avec l'arbre 3. Par exem- ple le moteur peut être disposé de telle sorte que son arbre est à angle droit avec l'arbre entrainé et qu'il attaque ce dernier au moyen d'une roue d'engrenage et d'une vis tangente, la roue étant libre de tourner sur un manchon claveté sur l'arbre entrainé.
Les ergots peu- vent être alors prévus sur l'arbre entrainant moteur et sur la roue d'engrenage de telle sorte que cette dernière peut faire près d'une révolution entière avant que les ergots soient en prise, cette rotation libre peut être augmentée en prévoyant deux étages avec jeux, par exemple en prévoyant un deuxième manchon fou sur le premier et portant égalementun ergot. Dans ce cas la roue d'engre- nage est folle sur le second manchon et le nombre de tours que le moteur peut faire avant d'être en charge sera sen- siblement doublé.
La valve de commande 9 est formée d'un carter séparé boulonné sur le carter du moteur 56 et deux con- duits d'amenée d'air 10-11 sont reliés à cette valve 9.
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La vanne de vapeur 1 et le moteur 56 peuvent êtredans des conditions difficiles d'accès mais les conduits d'amenée d'air 10 et 11 peuvent aboutir à une place ce convenable quelconque où la valve de commande 12 présen- tée à la figure 3 peut être disposée; le fonctionnement de cette valve 12 servira alors à admettre l'air dans l'un ou l'autre des conduits d'amenée 10 et 11.
Le moteur 56 est à quantre cylindres, ces cylin- dres 59 étant assemblés par paires. Chacun de ces cylin- dres 59 renferme un piston 60, les pistons 60 représentés sur la figure 2/agissant tous les deux sur un maneton uniqu
61 tandis que les deux autres pistons agissent sur un @ème maneton qui n'est pas représenté -la. la figure 2 mais qui est placé à 180 par rapport au maneton 61. La valve
9 est boulonnée sur la face de ce moteur ; elle consiste essentiellement en une chambre cylindrique contenant un double piston libre 33 et ladite chambre étant prévue avec des conduits 31 et 32 allant au moteur.
Des orifi- ces 34 et 35 sont prévus aux extrémités de la valve9 et les conduites d'amenée d'air . l'atmosphère 10 et 11 sont connectées à ces orifices 34 et 35. Au centre de la. chambre de la valve 3 est pr@vu un orifice d'échappement 36 qui est ouvert à l'atmosphère. :Jeux canaux by-pass d'échappement 37 et 38 sont ménagés reliant les conduits 31 et 32 avec les orifices 34 et 35, les extrémités infé- rieures des conduits 31 et 32 sont reliées à des ouver- tures rectangulaires pratiquées sur la face du. moteur 56.
De ces ouvertures 62 et 63, des échancrures dans des directions opposées, communiquent respectivement avec les passages 64 et 65 conduisant aux vannes papillons 66 et 67
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lesquelles fonctionnent dans des boisseaux 68 et 69, et o seillent avec les pistons 60. De cette façon dans la po- sttion du piston 33 représentée à la figure 2 l'air étant admis à travers le conduit 32 passe par le passage 62 s'étendant en arrière du passage 64 et arrive dans le passage 65. L'air passe de là à travers le boisseau de la vanne 69 et pénètre dans le cylindre 59 situé à droite.
Quand ce cylindre 59 est à l'échappement le papillon 67 tournera dans la position représentée en traits mixtes et l'air échappera à travers les passages 64, 62 et 31, autour du piston 33 et de là dans l'atmosphère par l'orifice 36. Une quantité subsidiaire de cet échappe- ment d'autre part traversera les,passages 37 et l'orifice 34 retournant à la vanne de commande 12, ceci portant l'indication du fonctionnement du moteur au point de commande éloigné. Comme montré en détails aux figures 3 et 4 cette vanne 12 comprend deux disques d'extrémités 43 qui constituent un joint glissant dans un cylindre oreux 44 et qui sont réunis ensemble par un corps 45 de diamètre réduit.
Une tige 46 traverse les deux disques d'extremités 43 et l'extrémité de cette tige qui est filetée s'engage dans un orifice taraudé pratiqué sur un prolongement 47 boulonné sur le carter 44. Cette tige possède une saillie 48 et un boulon d'extrémité 49 de telle sorte que quand elle est vissée à droite ou à gau- che elle pousse avec elle la valve formée par les dis- ques 43 et le corps 45 tout en laissant cette valve libre de tourner autour de la tige 46. Des anneaux de cuir 50 sont prévus aux extrémités du copps creux 45 de cette valve.Le carter cylindrique 44 est prévu avec quatreori- fices.
Parmi ceux-ci l'orifice 51 sert d'entrée pour l'ar- rivée d'airdu compresseur et les orifices 52 et 53 ser-
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vent de sortie ; ils sont connectas respectivement aux conduits 10 et 11 qui prennent l'air comprime au moteur. four @viter la détérioration des anneaux de cuir 50 quand la vanne est actionnée, les orifices de sortie de l'air 52 et 53 sont formJs par un certain contre de pe- tits trous circulaires découpés dans le carter 44; l'ori-
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:'iC6 54 sert 3. conduire l'échappement ;;u .,jèi>J.i.'e .leu moteur à l'indicateur rapporteur au analogue. Il est clair qu'il existe deux passages dtair travers la vanne
12.
Dans la position représentée à la figure 3 l'arri- vée d'air primcipal entre par l'orifice 51, passe autour de l'espace annulaire formé entre le carter 44 et le corps
45 et s'échappe à travers l'orifice 52 dans le conduit 10.
L'@chappement subsidiaire du moteur arrive par le tuyau
11 et passe de l'orifice 33 à l'orifice 54. Cependant lorsque la. tige 46 est vissée de telle serte que le corps de valve est avancé aussiloin vers la droite que possible, dans l'exemple de la figure 3, l'amenée d'air pénétrant par l'orifice 51 passera µ. travers l'orifice 53 au tuyau 11, et l'échappement subsidiaire du moteur qui arrivera par le tuyau 10 passera à travers l'orifice 52,
les trous 35 pratiqués dans le disque d'extremité 43 et ainsi arrivera à travers le corps creux 45 à l'orifice* 54
Les installations convenables pour actionner de grosses vannes de vapeur et analogues ayant des ro- binets by-pass qui doivent être ouverts avant la vanne principale seront maintenant décrites avec plus de dé- tails.
En se reportant d'abord aux figures 5,6 et 7 qui montrent une telle installation avec valve de comman- de éloignée dans trois positions différentes, le moteur qui actionne la vanne principale de vapeur est représenté
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en 56 et il est semblable à celui représenté à la figure 2. La vanne principale de vapeur elle-même n'a pas été représentée sur les figures dans un but de clarté, mais le robinet by-pass associé avec elle est figuré; il oonsiste essentiellement en un corps 70 inséré sur le conduit by-pass de vapeur et disposé punr être fermé par un obturateur 71.
Comme précédemment l'air est amené au corps de valve 9 du moteur principal 56 à travers deux conduits 10 et 11, le conduit 10 recevant l'amenée d'air principale pour l'entraînement du moteur 56 dansle sens de l'ouverture de la vanneprincipale de vapeur, et le conduit 11 recevant l'amenée d'air pour entrainer le moteur 56 dans le sens de fermeture de ladite vanne prin- cipale. Dans l'installation représentée aux figures 5, 6 et 7, la valve de commande à distance consiste en deux robinets à trois voies interdépendantes 72 et 73 insérés sur les conduits 10 et 11 respectivement et reliés par un tuyau 74 à la source d'amenée d'air comprimé. Un tuyau de branchement 75 conduit de la conduite 11 au moteur auxi- liaire qui actionne l'obturateur 71 du robinet by-pass .
Ce moteur auxiliaire consiste en un piston 76 se dépla- çant dans un cylindre 77 et continuellement poussé par un ressort 78 de façon à fermer le robinet by-pass 70.
Lorsqu'on désire ouvrir la vanne principale de vapeur les robinets 72 et 73 sont tournés dans la posi- tion représentée à la figure 5. L'air passe alors par la conduite principale 11 mais du fait que la vanne principa- le de vapeur est déjà fermée cet air ne peut pasuite entraîner le moteur principal 56. Il passe néanmoins par le tuyau de branchement 75 dans le cylindre 77 et pousse le piston 76 en sens inverse de l'action du res-
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sort 78 de façon à retirer l'obturateur 71 du oorps de robinet 70.
Ceci permet à la vapeur de passer à travers le conduit by-pass de telle sorte que les pressions de chaque côté de la vanne principale de vapeur sont égali- sées.Les robinets 72 et 73 sont alors tournés dans la position représentée à la figure 6 et l'air, passe en- suite, à travers le robinet 72, la conduite 10, gagne la valve 9 du moteur principal et pousse le piston libre
33 vers la droite. Le moteur principal 56 est alors en- trainé de façon à ouvrir la vanne principale de vapeur, l'échappement revenant à travers la conduite 11 à l'at- mosphère en traversant l'orifice de sortie 79.
Finalement quand la vanne a été complètement ouverte les robinets 72 et 73 sont tournés à la position neutre représentée à la figure 7. Dans cette position l'amenée d'air comprimé est supprimée à la fois dans les conduites 10, 11. Les ouvertures dans le robinet 73, cependant sont élargies, comme représenté, à leur périphérie afin que la conduite 11 soit placée en comnunication avec l'atmosphère à travers les deux canaux du robinet 73 et un orifioe de sortie 79. De cette façon l'air restant encore dans le cylindre 77 est chassé par le piston 76 sous l'action du ressort 78, ceci assurant la fermeture effective et com- plète du robinet by-pass 70.
Dans l'installation représentée à la figure 8, deux robinets à trois vaies interconnectés 80 et 81 sont prévus pour commander l'arrivée d'air comprimé au moteur du robinet by-pass; ces robinets sont séparés des robi- nets principaux 72 et 73 de commande à distance, quoique bien entendu ils, peuvent être placés au voisinage de ces derniers robinets. L'amenée d'air aux robinets 80 et 81 venant du tuyau 74, traverse le tuyau 82. L'obturateur du robinet 71 est actionné vers le haut de façon à ouv@@R le
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robinet by-pass au moyen de l'air comprimé admis à tra- vers le robinet 80 et le tuyau 83 sur la surfaee supé- rieure du piston 76.
Dans cette disposition, cependant , l'obturateur du robinet 71 est positivement fermé en ad- mettant l'air comprimé par le robinet 81 et le tuyau 84 sur la face supérieure du piston 76. Dans ce cas le res- sort 78 sert simplement à maintenir le robinet by-pass fermé.
Dans la disposition représentée à la figure 9 le fonctionnement du moteur du by-pass est encore com- mandé séparément par les robinets 72 et 73 réglant l'arrivée d'air au moteur principal 56 mais dans ce cas un tuyau unique 85, commandé par un unique robinet à trois voies 86, est utilisé, L'air est admis à travers le robinet 86 et le tuyau 85 à un cylindre 77 dans le- quel un piston 76 fonctionne comme précédemment. Dans ce cas, néanmoins, le moteur du robinet by-pass est modifié et le piston 76 n'est pas directement relié à l'obtura- teur 71 du robinet mais il est relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un mouvement à levier brisé 87. Le piston 76 est- alors poussé vers la gauche en sens inver- se de l'action du ressort 78 et il repousse l'obturateur 71 du robinet par l'intermédiaire du tringlage 87.
Quand le robinet à trois voies 86 est tourné à la posi- tion à angle droit de oelle représentée, le ressort 78 pousse le piston 76 vers la droite si bien que l'obtura- teur 71 du robinet ferme ledit robinet 70 et d'autre part l'air comprimé est chassé en arrière à travers le tuyau 85 vers l'atmosphère en passant par l'orifice 88.
D'autre part une autre disposition pour action- ner une grosse vanne de vapeur avec by-pass est représentée aux figures 10, 11 et 12. Cette installation
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est conçue afin que le fonctionnement du moteur du robi- net by-pass puisse être commandé par les deux robinets à trois voies 72 et 73 commandant le fonctionnement du mo- teur principal 56 et aussi pour que le moteur du ro- binet by-pass puisse être actionné positivement quand les robinets 72 et 73 sont dans la position neutre, c'est-à- dire quand l'amenée d'air comprimé est fermée à la fois par les conduites 10 et 11. Dans ce but un petit passage circulaire 89 est pratiqua dans le robinet oy-pass 72 et le cylindre 77 du moteur du robinet by-pass est relié aux deux conduites 90,91.
Le tuyau 90 amène l'air comprimé au cylindre 77 et actionne un piston 76 en sens inverse de l'effort d'un ressort 78 qui dans ce cas est disposé à l'extérieur du cylindre 77. La conduite 91 relie la partie supérieure du cylindre 77 à la conduite 10.
La position des robinets et des valves dans cette installation, quand la vanne principale de vapeur est fermée, est représentée à la figure 10 ; sur cette figure l'air comprimé à accès à travers le robinet by 73 et la conduite 11 à la valve de commande 9 du moteur principal mais l'accès de l'air comprimé est coupé à la fois dans les conduites 10 et 90. uand on désire ou- vrir le robinet by-pass avant l'ouvertute de la vanne principale de vapeur, les robinets 72 et 73 sont tournés dans la position représentée à la figure 11; l'air passe alors à travers le conduit 89 et le tuyau 90 pour arri- ver au cylindre 77 ; il pousse le piston 76 de façon à ac- tionner l'obturateur 71 du robinet.
Quand le robinet by- pass a été ouvert assez longtemps pour que la pression de vapeur soit égalisée, les robinets 72 et 73 sont tournés dans la position représentée la figure 12; ltair
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traverse alors la conduite 10, arrive à la valve de commande 9 du moteur principal et actionne ledit moteur
56 de façon à ouvrir la vanne principale de vapeur. L'air comprimé passe aussi à travers le tuyau de branchement 91 et arrive sur la face supérieure du piston 76, lequel pousse l'obturateur 71 du robinet dans la position de fermeture. En même temps, le passage 89 mat le conduit
90 en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire de l'orifice de sortie 92.
Une forme modifiée du moteur employé pour ac- tionner le robinet by-pass 70 est représentée aux figures 13, 14 et 15; elle consiste essentiellement en un piston rotatif 93 monté pour tourner dans une chambre 94 , sa rotation étant libre sur environ trois quarts de tour.
Ce piston 93 est monté sur un axe 95 sur lequel est cla- veté un manchon 96 portant un bras 97. L'axe porte aussi un excentrique 98 relié à l'obturateur 71 du robinet, cet excentrique comportant deux butées 9 disposées pour venir en prise avec le bras 97 et espacées de telle sorte que ledit bras 97 peut tourner d'un angle de 90 entre les deux butées. L'air est admis en la chambre 94 à travers deux conduits 100 et 101 disposés sur les faces opposées du piston 93. Quand l'air est admis à travers le tuyau 100 et le piston 93 tourne d'environ trois quarts de tour comme decrit ci-dessus.
Pendant le premier quart de tour le bras 97 se déplace entre leus deux butées 99 et pour le demi-tour restant il vient en prise avec une des butées 99 et déplace l'excentrique d'un demi tour; ceci provoque le déplacement de l'obturateur 71, du robinet del'une de ses positions extrêmes à l'autre L'axe 95 lors de la rotation entraine un ressort spiral
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102 et quand l'air est coupé dans la chambre cylindrique ce ressort sert à ramener, en tournant, l'excentrique à sa position initiale ; robinet by-pass est ainsi fermé à nouveau. Le mouvement de fermeture peut néan- moins être causé par une arrivé de vapeur à travers le tuau 101 sur la face inverse du piston 93.
Dans l'un quelconque des systèmes décrits, même si la fermeture du robinet by-pass est posivitement ef- fectuée en admettant l'air comprimé au cylindre du petit moteur, un ressort peut 'être utilisé pour aider le fonc- tionnement et maintenir la valve fermée. De plus un mé- canisme convenable peut être disposé sur le petit moteur dans l'un quelconque des cas de façon qu'il puisse être actionné à la main s'il est nécessaire, par exemple comme représenté en 103 à la figure 10. Enfin comme dis- positif de sécurité une valve peut être prévue sur le compresseur d'air à côté des robinets 72, 73 comme repré- senté en 104 aux figures 10-11 et 12.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PATENTS OF INVENTION "Improvements in installations for the control of steam valves, gate valves and the like."
The present invention relates to control installations for gate valves or similar devices operated by handwheel, which must be driven alternately in opposite directions and which have no
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to operate only intermittently. There is always an advantage and sometimes a necessity in controlling such valves by means of a servomotor. In this case a large power is not always necessary but it is essential to have a servo motor which can be controlled easily and quickly.
In addition, the labor saving is comparatively unimportant due to the fact that the servo motor in general runs infrequently and for short periods each time, whereby an exaggerated price becomes a point of sale. of additional importance. Electric motors can be used to drive such valves but they cause a very high initial expense while it is very difficult to choose a suitable hydraulic motor to drive the existing steam valves.
The present invention aims at the use of a reversible compressed air motor as a source of energy for controlling such valves and other apparatus; the present invention also aims to arrange such an engine in such a way that, while having easy starting, stopping and changing of gears, from a control station relatively far from this engine, the necessary pipes and other apparatus , and consequently the capital employed, are reduced to a minimum.
According to the present invention, in an installation of the type described, the main air supply for a compressed air machine for actuating the gate valve or the like, in reality the total amount of air which drives the motor, is brought to the chamber of a reversible valve which is provided on the motor and serves to actuate this valve; this main air inlet is brought to the valve chamber through one or two ducts, the choice of the duct being
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corresponding to the direction of rotation desired for the motor. Thus by admitting air to one or the other of the ducts the motor is driven in the correct direction until the air from the main duct itself actuates the reversible valve.
Thanks to this construction, the need for separate ducts for the air producing the power and for the air controlling the valves is avoided. In addition, thanks to the two conduits, thus provided, required by this arrangement, part of the exhaust air from the engine can return at any given moment by the conduit not used as a supply conduit. This part of the air will then return to the remote control point and serve as an indication of engine chew. One interesting form of engine mounted valve includes a piston sliding in a housing having an air supply line at each end.
When it is desired to start or change the operation of the engine, it is only necessary to allow the compressed air to have access to the appropriate inlet opening, that is to say that it is sufficient to admit the air through the appropriate supply line, since the air itself serves to control the control valve in the appropriate position and thus determines the direction of rotation of the motor; this control valve is suitably formed of a separate body, bolted to the face of the motor, the latter being able to be bolted to the apparatus to be actuated with a suitable mechanism connecting it to the latter.
The total operation of the engine can be controlled by means of a remote control valve to which are connected the two air supply ducts, this valve serving to admit air into one or the other. pipes; she
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can be placed at any convenient point, the motor itself being able to be, by necessity, in a place difficult to access.
In order to allow the exhaust to take place next to the engine and as moreover part of the air must return to the purpose explained above, it is practical to provide bypass passages on the exhaust. - separate from the main exhaust pipes.
It will be appreciated that as mentioned above a small portion of the engine exhaust, by this arrangement, will flow back through another supply line to the valve or remote control valves.
This remote control valve is so constructed that this bypass of exhaust air passes through it and escapes, providing an indication that the engine is running.
It is advantageous to allow the motor to make several revolutions before supporting the load and for this purpose the motor is arranged to drive a first shaft in mesh with a second via a lost movement mechanism such that this motor may make several turns before the second shaft begins to rotate. To allow sufficient idling of the engine, when for example the valve or similar device has been suddenly completely closed - it is preferable to insert a friction clutch capable of slipping, on one of the shafts driven by the engine.
The invention is particularly applicable to large steam valves and the like, which frequently have a relatively small bypass valve by means of which the pressures on both sides of the main valve can be equalized before opening said main valve. . In this case it is interesting to use
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the air is compressed to operate a small motor used to open and close the bypass valve. This small motor is attached to or integral with the by-pass valve, and is connected by a pipe to the same remote control point.
Preferably the same remote control valve is used to control the supply of air to the two engines and in this case only the two pipes, taking air from the main engine, are required, with the addition a short pipe branohed to the main pipe which brings in the air when the main steam valve is closed and leads it to the bypass valve motor. However, separate pipes can be provided for the air supply to the bypass motor with separate control valves, in each case the bypass valve must be opened before opening the main steam valve. .
The shape of the motor used to actuate the bypass valve may simply consist of a piston moving in a cylinder and mechanically connected to the bypass valve. This piston is then moved by the compressed air to open the valve, the latter being able to be closed either by the compressed air admitted on the other face of the piston, or by the pressure of a spring.
With the aim of making clearly understood the nature of the invention and the manner in which it should be carried out, some installations carried out in conformity are described below in more detail with reference to the appended drawings in which:
Fig. 1 is an elevational view showing a large diameter steam valve having a small compressed air motor bolted to it, and arranged to operate the valve through gears;
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Figure 2 is a cross section of this motor and the control valve taken on line II-II of Figure 1;
Figures 3 and 4 show one form of a remote control valve, this Figure 3 being a section through line III-III of Figure 4 which shows an end view of the end discs of the valve plug; Figures 5, 6 and 7 schematically show an installation according to the present invention applied to a large diameter steam valve having a bypass valve; Figures 8, 9, 10, 11 and 12 show schematically modified installations for controlling a large diameter steam valve having a bypass valve.
Figure 13 shows on a larger scale a form of the motor for controlling the bypass valve; Figures 14 and 15 are sections through lines XIV-XIV and XV-XV of Figure 13, respectively.
Referring first to Figure 1 it is sought to control a large diameter steam valve 1 by means of the compressed air motor 56 which is bolted to a steel spacer 57. The motor 56 which is arranged to drive a shaft 3 which is connected via toothed wheels 4 and 5 to a shaft 6 which directly actuates the main valve 1. The shaft 3 is supported by a bearing carried by an arm 58. A handwheel. main 7 is provided on the shaft 6 so that the main valve 1 can be driven when it is desired not to run the engine 56 or when, for example, the air compressor apparatus is not operating.
A friction clutch 8, capable of sliding under overload conditions, is
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inserted on shaft 3 so as to allow motor to rotate freely when main valve 1 is closed.
The toothed wheel 4 is mounted to rotate freely on the shaft 3 and it is provided with a lug 13 which is engaged with an arm 14 integral with the shaft 3.
This way the motor can make one revolution before being loaded. However in many cases it will be necessary to allow the motor to make several revolutions before being loaded and this can be provided for by arranging the stop 13 to be driven by a slowly rotating shaft in engagement with the shaft 3. For example, the motor can be arranged so that its shaft is at right angles to the driven shaft and that it engages the latter by means of a gear wheel and a tangent screw, the wheel. being free to turn on a keyed sleeve on the driven shaft.
The pins can then be provided on the motor driving shaft and on the gear wheel so that the latter can make nearly a full revolution before the pins are engaged, this free rotation can be increased by providing two stages with games, for example by providing a second insane sleeve on the first and also carrying a lug. In this case the gear wheel is loose on the second sleeve and the number of revolutions that the engine can make before being loaded will be appreciably doubled.
The control valve 9 is formed by a separate housing bolted to the engine housing 56 and two air supply ducts 10-11 are connected to this valve 9.
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The steam valve 1 and the motor 56 may be in difficult to access conditions but the air supply ducts 10 and 11 may lead to any suitable place where the control valve 12 shown in FIG. can be arranged; the operation of this valve 12 will then serve to admit air into one or the other of the supply conduits 10 and 11.
The engine 56 has a number of cylinders, these cylinders 59 being assembled in pairs. Each of these cylinders 59 contains a piston 60, the pistons 60 shown in FIG. 2 / both acting on a single crank pin.
61 while the other two pistons act on a @ th crankpin which is not represented -la. FIG. 2 but which is placed at 180 with respect to the crank pin 61. The valve
9 is bolted to the face of this engine; it essentially consists of a cylindrical chamber containing a free double piston 33 and said chamber being provided with ducts 31 and 32 going to the engine.
Ports 34 and 35 are provided at the ends of the valve9 and the air supply ducts. the atmosphere 10 and 11 are connected to these ports 34 and 35. At the center of the. valve chamber 3 is provided with an exhaust port 36 which is open to the atmosphere. : Sets of exhaust bypass channels 37 and 38 are provided connecting the conduits 31 and 32 with the orifices 34 and 35, the lower ends of the conduits 31 and 32 are connected to rectangular openings made on the face of the . engine 56.
Of these openings 62 and 63, notches in opposite directions, communicate respectively with the passages 64 and 65 leading to the butterfly valves 66 and 67
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which operate in plugs 68 and 69, and co-operate with pistons 60. In this way, in the position of piston 33 shown in FIG. 2, the air being admitted through duct 32 passes through passage 62 s' extending back from passage 64 and into passage 65. Air from there passes through valve plug 69 and enters cylinder 59 on the right.
When this cylinder 59 is exhausted the throttle 67 will rotate to the position shown in phantom and air will escape through passages 64, 62 and 31, around piston 33 and from there to the atmosphere through the orifice. 36. A subsidiary amount of this exhaust on the other hand will pass through passages 37 and orifice 34 returning to control valve 12, thereby bearing indication of engine operation at the remote control point. As shown in detail in FIGS. 3 and 4, this valve 12 comprises two end discs 43 which constitute a sliding seal in an oreux cylinder 44 and which are joined together by a body 45 of reduced diameter.
A rod 46 passes through the two end discs 43 and the end of this rod, which is threaded, engages in a threaded hole made on an extension 47 bolted to the housing 44. This rod has a projection 48 and a bolt of end 49 such that when it is screwed to the right or to the left it pushes with it the valve formed by the discs 43 and the body 45 while leaving this valve free to rotate around the rod 46. Rings of leather 50 are provided at the ends of the hollow copps 45 of this valve. The cylindrical casing 44 is provided with four ports.
Of these, orifice 51 serves as an inlet for the air supply to the compressor and orifices 52 and 53 serve as an inlet.
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exit wind; they are respectively connected to conduits 10 and 11 which take the compressed air from the engine. to avoid the deterioration of the leather rings 50 when the valve is actuated, the air outlets 52 and 53 are formed by some against small circular holes cut in the housing 44; the ori-
EMI10.1
: 'iC6 54 serves 3. drive the exhaust ;; u., jèi> J.i.'e .leu motor to the indicator protractor to the analogue. It is clear that there are two air passages through the valve
12.
In the position shown in FIG. 3, the primary air inlet enters through the orifice 51, passes around the annular space formed between the casing 44 and the body.
45 and escapes through orifice 52 in conduit 10.
The subsidiary exhaust of the engine comes through the pipe
11 and passes from orifice 33 to orifice 54. However, when the. rod 46 is screwed in such a way that the valve body is advanced as far to the right as possible, in the example of FIG. 3, the supply of air entering through the orifice 51 will pass µ. through port 53 to pipe 11, and the subsidiary engine exhaust which will arrive through pipe 10 will pass through orifice 52,
the holes 35 made in the end disc 43 and thus will arrive through the hollow body 45 at the orifice * 54
Installations suitable for operating large steam valves and the like having bypass valves which must be opened prior to the main valve will now be described in more detail.
Referring first to Figures 5,6 and 7 which show such an installation with a remote control valve in three different positions, the motor which operates the main steam valve is shown.
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at 56 and it is similar to that shown in FIG. 2. The main steam valve itself has not been shown in the figures for the sake of clarity, but the bypass valve associated with it is shown; it oonsiste essentially in a body 70 inserted on the steam bypass duct and arranged to be closed by a shutter 71.
As previously, the air is brought to the valve body 9 of the main motor 56 through two ducts 10 and 11, the duct 10 receiving the main air supply for driving the motor 56 in the direction of the opening of the valve. main steam valve, and pipe 11 receiving the air supply to drive motor 56 in the direction of closing of said main valve. In the installation shown in Figures 5, 6 and 7, the remote control valve consists of two interdependent three-way taps 72 and 73 inserted on the conduits 10 and 11 respectively and connected by a pipe 74 to the supply source compressed air. A branch pipe 75 leads from pipe 11 to the auxiliary motor which actuates the shutter 71 of the bypass valve.
This auxiliary motor consists of a piston 76 moving in a cylinder 77 and continuously pushed by a spring 78 so as to close the bypass valve 70.
When it is desired to open the main steam valve the taps 72 and 73 are turned to the position shown in figure 5. The air then passes through the main pipe 11 but because the main steam valve is turned on. already closed, this air cannot drive the main motor 56. It nevertheless passes through the connection pipe 75 in the cylinder 77 and pushes the piston 76 in the opposite direction to the action of the spring.
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comes out 78 so as to remove the shutter 71 from the valve body 70.
This allows steam to pass through the bypass duct so that the pressures on either side of the main steam valve are equalized. Valves 72 and 73 are then rotated to the position shown in figure 6. and the air, then passes, through the valve 72, the line 10, reaches the valve 9 of the main motor and pushes the free piston
33 to the right. The main motor 56 is then driven to open the main steam valve, the exhaust returning through line 11 to the atmosphere through the outlet 79.
Finally when the valve has been fully open the taps 72 and 73 are turned to the neutral position shown in figure 7. In this position the compressed air supply is suppressed both in the pipes 10, 11. The openings in valve 73, however, are widened, as shown, at their periphery so that line 11 is placed in communication with the atmosphere through the two channels of valve 73 and an outlet 79. In this way the air still remaining in the cylinder 77 is driven by the piston 76 under the action of the spring 78, this ensuring the effective and complete closure of the bypass valve 70.
In the installation shown in FIG. 8, two interconnected three-way valves 80 and 81 are provided to control the supply of compressed air to the motor of the bypass valve; these valves are separate from the main remote control valves 72 and 73, although of course they can be placed in the vicinity of the latter valves. The air supply to the taps 80 and 81 from the pipe 74 passes through the pipe 82. The shutter of the tap 71 is actuated upwards so as to open the valve.
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by-pass valve by means of the compressed air admitted through the valve 80 and the pipe 83 on the upper surface of the piston 76.
In this arrangement, however, the shutter of the valve 71 is positively closed by admitting the compressed air through the valve 81 and the pipe 84 to the upper face of the piston 76. In this case the spring 78 simply serves to keep the bypass valve closed.
In the arrangement shown in figure 9, the operation of the bypass motor is still controlled separately by the valves 72 and 73 regulating the air supply to the main motor 56, but in this case a single pipe 85, controlled by a single three-way valve 86 is used. Air is admitted through valve 86 and pipe 85 to a cylinder 77 in which a piston 76 operates as before. In this case, however, the motor of the bypass valve is modified and the piston 76 is not directly connected to the shutter 71 of the valve but is connected to the latter by means of a movement. with broken lever 87. The piston 76 is then pushed to the left in the opposite direction to the action of the spring 78 and it pushes the shutter 71 of the valve back through the rod 87.
When the three-way valve 86 is turned to the position at right angles to it shown, the spring 78 pushes the piston 76 to the right so that the valve shutter 71 closes said valve 70 and other The compressed air is driven back through the pipe 85 to the atmosphere, passing through the orifice 88.
On the other hand another arrangement for actuating a large steam valve with bypass is shown in Figures 10, 11 and 12. This installation
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is designed so that the operation of the bypass valve motor can be controlled by the two three-way valves 72 and 73 controlling the operation of the main motor 56 and also so that the bypass valve motor can be actuated positively when the taps 72 and 73 are in the neutral position, that is to say when the compressed air supply is closed at the same time by the pipes 10 and 11. For this purpose a small circular passage 89 is practiced in the oy-pass valve 72 and the cylinder 77 of the by-pass valve motor is connected to the two pipes 90,91.
The pipe 90 brings the compressed air to the cylinder 77 and actuates a piston 76 in the opposite direction to the force of a spring 78 which in this case is disposed outside the cylinder 77. The pipe 91 connects the upper part of the cylinder. cylinder 77 to line 10.
The position of the taps and valves in this installation, when the main steam valve is closed, is shown in figure 10; in this figure the compressed air to access through the valve by 73 and the line 11 to the control valve 9 of the main motor but the compressed air access is cut off both in the lines 10 and 90. uand it is desired to open the bypass tap before opening the main steam valve, the taps 72 and 73 are rotated to the position shown in figure 11; the air then passes through the duct 89 and the pipe 90 to reach the cylinder 77; it pushes the piston 76 so as to actuate the shutter 71 of the valve.
When the bypass valve has been opened long enough for the vapor pressure to equalize, the valves 72 and 73 are rotated to the position shown in Figure 12; ltair
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then passes through the pipe 10, arrives at the control valve 9 of the main motor and actuates said motor
56 so as to open the main steam valve. The compressed air also passes through the connection pipe 91 and arrives on the upper face of the piston 76, which pushes the shutter 71 of the valve into the closed position. At the same time, the passage 89 mat leads him
90 in communication with the atmosphere through the outlet 92.
A modified form of the motor employed to operate bypass valve 70 is shown in Figures 13, 14 and 15; it essentially consists of a rotary piston 93 mounted to rotate in a chamber 94, its rotation being free over about three quarters of a turn.
This piston 93 is mounted on a pin 95 on which is keyed a sleeve 96 carrying an arm 97. The pin also carries an eccentric 98 connected to the shutter 71 of the valve, this eccentric comprising two stops 9 arranged to come in. taken with the arm 97 and spaced so that said arm 97 can rotate through an angle of 90 between the two stops. Air is admitted into chamber 94 through two ducts 100 and 101 disposed on opposite faces of piston 93. When air is admitted through pipe 100 and piston 93 rotates about three quarters of a turn as described above.
During the first quarter of a turn, the arm 97 moves between them two stops 99 and for the remaining half-turn it engages with one of the stops 99 and moves the eccentric by half a turn; this causes the displacement of the shutter 71, of the valve from one of its extreme positions to the other Axis 95 during rotation drives a spiral spring
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102 and when the air is cut in the cylindrical chamber this spring serves to return, by turning, the eccentric to its initial position; bypass valve is thus closed again. The closing movement can nevertheless be caused by an influx of steam through the pipe 101 on the reverse side of the piston 93.
In any of the systems described, even if the closing of the bypass valve is positively effected by admitting compressed air to the cylinder of the small engine, a spring can be used to aid operation and maintain pressure. valve closed. In addition, a suitable mechanism can be arranged on the small motor in any of the cases so that it can be operated by hand if necessary, for example as shown at 103 in figure 10. Finally as a safety device a valve can be provided on the air compressor next to the taps 72, 73 as shown at 104 in figures 10-11 and 12.
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