WO2020141265A1 - Bloc de puissance pour l'actionnement d'un obturateur de vanne - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a power block for actuating an operating element of a member, such as the shutter of a valve to be closed and opened, by means of a jack comprising a piston. adapted to move in a cylinder chamber under the effect of a fluid.
- a movable shaft (rotating or movable in translation) to which the shutter is linked (also called a cover).
- the power block object of the invention can be used in place of known pneumatic or hydraulic cylinders.
- pneumatic means a source of compressed air supplies one or more cylinders which, through a mechanism, ensure the opening or closing movement of the valve.
- hydraulic means a centralized external supply or an independent hydraulic system, supplied with electrical energy, is used.
- an independent hydraulic system a disadvantage is that there are no compact systems, they are quite complex and the cost of these systems is significant;
- the aforementioned power block also includes:
- the power block also includes an enclosure containing:
- the power block also comprises, preferably in the enclosure, a distribution block for managing a supply of hydraulic fluid to the cylinder chamber.
- this distribution block is interposed between the hydraulic pump and the electric motor and is crossed by a drive shaft of the electric motor.
- the power unit further comprises a hydraulic accumulator, of safety, hydraulically connected with a part of the chamber of the jack so that the hydraulic fluid which it contains can act on one side of the piston.
- said power unit will further comprise a piloted valve, acting at the outlet of the hydraulic accumulator to control the hydraulic fluid which it can deliver to said part of the chamber of the jack.
- the piston has, outside the cylinder chamber and the enclosure, a mechanical connection with a rack support placed in connection meshing with a toothed rotary pinion connected to said valve, this support then forming the aforementioned operating element.
- the piston present, outside the cylinder chamber and the enclosure, a rod which will pass through a wall of the enclosure in contact with the hydraulic fluid and against which the chamber will then be located. of the cylinder.
- the power unit enclosure may include:
- tie rods for holding the bottom side walls relative to the tubular body.
- control unit fixed on a housing closing a volume containing the rack, its support and the toothed rotary pinion, if the shaft is rotating, or a control unit fixed with a valve body, if the shaft is mobile in translation, and
- FIG. 1 shows a control assembly of a valve shutter according to the invention, in a bottom view, with a part torn off, and a coupling with an elastic return means;
- FIG. 2 represents the same assembly in a side view
- FIG. 3 represents a control part of this shutter, in vertical section, in the plane P of FIG. 1;
- FIG. 4 takes up the right part of FIG. 3, supplemented with a hydraulic safety accumulator with a controlled valve;
- FIG. 5 represents a perspective of a said assembly for controlling a shutter according to the invention, but with only one actuator and power unit, without elastic return means, and
- FIG. 6 shows an alternative embodiment with a sliding shutter.
- One aspect of the invention therefore relates, as illustrated in Figures 1 -3, a set 1 comprising;
- a valve 20 comprising a shutter 3
- the pinion 1 1 illustrated is of elliptical section.
- the teeth 110 of the pinion 11 are thus located according to several different radii. These radii determine the minimum and maximum couples available.
- the rack 9 extends generally transversely to the axis 1 1 a of rotation of the pinion 1 1, generally in a direction 191 along which extends the developing curve of at least part of the original perimeter of the pinion (at the location of the peripheral teeth 1 10; figure 1)
- the pinion 11 is also linked with the shaft 13 so that one transmits a torque to the other.
- this torque will be proportional to that applied to the pinion 11 by the rack 9, which itself is moved in translation by an actuator 5.
- the rotating shaft 13 is fixedly linked to the shutter 3 to be operated (see FIG. 2).
- An actuator 5, with an actuating rod 50a (block marked 5/2) is disposed in the axial extension (axis 191) of one of the two opposite ends of the support 15 of the rack 9.
- it can n there can be nothing, as shown diagrammatically in FIG. 5, or else another enclosure 310 bounded by a tubular body 370 and containing a means 31 1 for elastic return along the axis 191, as shown diagrammatically in FIG. 1.
- the elastic return means 31 which may be a compression spring, can act, in the enclosure 310, on a piston 313 with an actuating rod 50b.
- rod (s), 50a, 50b therefore extend (es) in one and / or the other of the lateral extensions of the support 15, along the axis 191.
- the part of the mechanism comprising the rack 9, the pinion 11, the shaft or sleeve 13 and the rack support 15, can be housed in a casing 23 comprising two parts 23a, 23b forming two complementary half-shells. Laterally, openings, such as 25a, 25b in Figure 2, allow the rod 50a, 50b concerned to pass.
- FIG. 5 shows that the assembly 1 can usefully further comprise:
- control unit 14 fixed to the casing 23 (one of the two parts 23a, 23b), which therefore closes a volume 24 (FIG. 1) containing the rack 9, its support 15 and the pinion 11, - and an electrical connection 12 between:
- the power block 2 on the other hand, in particular a hydraulic pump 17 and an electric motor 18 that this power block 2 contains.
- FIGS 3-4 are used to detail the content of the power unit 2, according to an embodiment of an aspect of the invention.
- a power block 2 for the actuation of (at least) an element 50a for maneuvering a member 3, such as here the shutter of the valve 20 to be closed and opened, by the intermediate a jack 22 comprising a piston 26 adapted to move in a chamber 27 of the jack under the effect of a hydraulic fluid.
- Power block 2 further includes:
- At least one conduit 30 or 40 for the hydraulic fluid communicating the hydraulic pump 17 with the chamber 27 of the cylinder.
- the power block 2 also includes an enclosure 31 containing:
- the (each) piston has, outside the chamber 27 of the jack and the enclosure 31, and in the preferred solution shown schematically in Figure 3, a rod 50a or 50b which passes through a wall of the enclosure 31 in contact with the hydraulic fluid and against which the chamber 27 is situated.
- the free end of the rod 50a or 50b is, therefore outside the enclosure 31, mechanically linked to the support 15 (hole / pin connection in The example).
- a distribution block 32 makes it possible to manage the supply of hydraulic fluid to the chamber 27 of the jack.
- the different functions of flow and pressure management of the cylinder supply circuit are mastered.
- such a distribution block 32 will be interposed between the hydraulic pump 17 and the electric motor 18. We will optimize ergonomics, efficiency and compactness.
- the distribution block 32 is crossed by a shaft 180 for driving the electric motor 18.
- one end 180a of the drive shaft 180 may protrude outside the enclosure. 31 and has a shape 29 allowing it to be driven by a tip 34 of a drill or a hand screwdriver (not shown).
- the power unit 2 may further usefully comprise a hydraulic accumulator 33 (FIG. 4) hydraulically connected with a part (on one side) 27a of the chamber 27 of the jack. .
- the hydraulic fluid contained in the hydraulic accumulator 33 can act on one side of the piston 26.
- a piloted valve 35 acting to control the hydraulic fluid that the hydraulic accumulator 33 can deliver to said part 27a of the cylinder chamber.
- the rod 50a leaving the enclosure 31 under the action of the power block 2 could be pushed back, at the other end, by the elastic return means 31 1, according to the axis 191, via the coaxial rod 50b fixed to the support 15 and also via the piston 313.
- the enclosure 31 include, as shown diagrammatically in FIG. 3:
- a tubular body 37 which, with lateral bottom walls, or flanges, which close the axially opposite ends thereof, defines, in enclosure 31, a volume V for storing the hydraulic fluid
- Nuts provide locking and sealing, via seals, from outside the enclosure 31.
- the hydraulic fluid can be oil.
- holes 44, 45 respectively for filling and emptying provide sufficient fluid.
- the jack 22 considered, acting in the axis 191 of the rod 50a, will therefore be favorably integrated and integral with one (39 here) of the side walls 39,41.
- the cylinder 47 of the jack 22 can be closed by a bottom 49, axially opposite the side wall 39 traversed by the rod 50a; figure 3.
- the bottom 49 is axially retained on the wall 39 by tie rods 51.
- the hydraulic fluid supply can be ensured on the rod side 50a by a hole machined in the wall 39 and, on the bottom side 49, by a hole in this bottom.
- the compact assembly comprising, axially stepped, the electric motor 18, the distribution block 32 then the hydraulic pump 17, all suitable for operation immersed in oil, is fixed to the bottom / side wall 41 and connected to the jack 22 via conduits or flexible pipes 30.40 which supply the two sides 27a, 27b of the chamber, since the cylinder is bidirectional in the example.
- the electric motor 18 can be supplied, on demand, with different voltages (380V 220V three phase, 220V 1 10V single phase or 48V / 24V DC.
- the control unit 14 can usefully comprise a sealed envelope comprising a base fixed directly to a part 23a of the casing 23 of the mechanism.
- a shaft transmits (transversely returns) the movement of the rod (s) 50a and / or 50b of the end-of-travel mechanism (here rotation) of the axis of the shutter 3 as well as 'to a pinion position indicator 53 visible from the outside of the housing 14.
- the aforementioned rotating shaft is replaced by a shaft 13 movable in translation (axis 191) and placed under the control of the rod 50a which is coaxial with it.
- the interior of the block 5/2 is like that of FIG. 3.
- the rod 50a is controlled by the power block 2 which acts on the jack 22.
- the piston 16 moves, it axially drives the rod 50a and therefore, in the figure, raise or lower the shutter 3 (see arrows).
- the communication between the portions 61 a, 61 b of the internal conduit of the valve, on either side of the shutter 3, opens (shutter 3 in the high position) or closes (shutter in the low position) accordingly.
- Axial tie rods 63a, 63b fix the body 21 of the valve 20 and the body 37 together.
- a guide 65 secures the axial translation.
- the power unit is free of external elements (tubes, relay pinions, tie rods, etc.),
- the power unit is versatile. It can be used in double effect, single effect with a box of return springs or a hydraulic accumulator ... etc,
- d) without maintenance or adjustments the power block is adjusted at the factory to the necessary hydraulic pressure according to the torques applied to valve 3 to be motorized. This adjustment just below the need for the operation of the valve is because it protects the valve and in particular the output shaft 13 from any excessive force.
- extended service life a hydraulic circuit has a long service life. The components are immersed in the hydraulic fluid. They are not subjected to external mechanical or chemical attack, which makes them an extremely reliable product.
- control box the electric control box allows the management of the electric motor 18 to be integrated and, if necessary, two limit switches with contact.
- an elliptical pinion 11 will optimize the couples acting on the shutter 3 just below the torque requirement; and the very high yields of the electrohydraulic assembly mean that overall energy consumption is minimized.
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Abstract
Est concerné un bloc de puissance pour l'actionnement d'un élément de manœuvre d'un organe, telle une vanne à fermer et ouvrir, par l'intermédiaire d'un vérin (22) comprenant un piston adapté à se déplacer dans une chambre (27) du vérin sous l'effet d'un fluide hydraulique. Un bloc (2) de puissance comprend une pompe hydraulique (18) pompant du fluide hydraulique, un moteur électrique (41)d'entrainement de la pompe hydraulique, et au moins un conduit (30) pour le fluide hydraulique, faisant communiquant la pompe hydraulique avec la chambre du vérin.
Description
DESCRIPTION
BLOC DE PUISSANCE POUR L’ACTIONNEMENT D’UN OBTURATEUR DE VANNE
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un bloc de puissance pour l’actionnement d’un élément de manoeuvre d'un organe, telle que -l’obturateur d’- une vanne à fermer et ouvrir, par l'intermédiaire d’un vérin comprenant un piston adapté à se déplacer dans une chambre du vérin sous l’effet d’un fluide.
Est également concerné un ensemble comprenant :
- le bloc de puissance,
- une vanne comprenant un obturateur, et
- un arbre mobile (tournant ou mobile en translation) auquel est lié l’obturateur (appelé aussi opercule).
Etat de la technique antérieure
Le bloc de puissance objet de l’invention peut être utilisé en lieu et place de vérins pneumatiques ou hydrauliques connus.
Il existe typiquement comme moyens de faire fonctionner un actionneur de vannes :
1 ) des moyens pneumatiques : une source d’air comprimé alimente un ou plusieurs vérins qui à travers un mécanisme assurent le mouvement d’ouverture ou de fermeture de la vanne. Comme inconvénients, on peut noter l’encombrement et des risques dus aux enceintes sous pression ;
2) des moyens hydrauliques : une alimentation externe centralisée ou un système hydraulique indépendant, alimenté en énergie électrique, est utilisé. Dans le cas d’un système hydraulique indépendant, un inconvénient est qu’il n’existe pas de systèmes compacts, ils sont assez complexes et le coût de ces systèmes est important ;
3) des moyens électriques : un moteur assure la rotation de -l’obturateur de- la vanne par l’intermédiaire d’un train de pignons plus au moins importants. Parmi les inconvénients : cette solution n’est intéressante que pour les faibles puissances, la solution est lente et n’est pas réversible c'est-à-dire n’est pas être utilisée pour les vannes avec des fonctions de sécurité ;
4) nombre de vannes à arbre mobile en translation ont une commande imprécise et/ou difficile à régler.
Présentation et résumé de l’invention
Pour apporter une solution à au moins une partie des inconvénients ci-avant cités, il est proposé:
- que le fluide dans la chambre du vérin soit hydraulique, et
- que le bloc de puissance précité comprenne en outre :
-- une pompe hydraulique pompant dudit fluide hydraulique,
-- un moteur électrique d’entrainement de la pompe hydraulique, et,
-- au moins un conduit pour le fluide hydraulique, faisant communiquant la pompe hydraulique avec la chambre du vérin.
Pour l’efficience et la compacité, il est aussi proposé que le bloc de puissance comprenne en outre une enceinte contenant :
- la chambre du vérin,
- le fluide hydraulique,
- la pompe hydraulique, adaptée à pomper dans l’enceinte,
- le moteur électrique, lequel sera alors adapté pour un fonctionnement immergé dans le fluide hydraulique de l’enceinte, et
- ledit (au moins un) conduit pour le fluide hydraulique.
Toujours pour l’efficience et la performance du bloc de puissance, il est aussi proposé que le bloc de puissance comprenne également, de préférence dans l’enceinte, un bloc de distribution pour gérer une alimentation en fluide hydraulique de la chambre du vérin.
Encore pour l’efficience et la compacité, il est aussi proposé que ce bloc de distribution soit interposé entre la pompe hydraulique et le moteur électrique et soit traversé par un arbre d’entrainement du moteur électrique.
Pour la sécurité, il est également proposé :
- qu’une extrémité d’arbre d’entrainement du moteur électrique dépasse hors de l’enceinte et présente une forme lui permettant d’être entraîné par un embout d’une perceuse ou d’une visseuse à main, et/ou
- que ledit bloc de puissance soit tel que :
-- le vérin soit à simple effet,
-- le bloc de puissance comprend en outre un accumulateur hydraulique, de sécurité, raccordé hydrauliquement avec une partie de la chambre du vérin pour que du fluide hydraulique qu’il contient puisse agir sur un côté du piston.
De préférence, dans le même but, ledit bloc de puissance comprendra en outre un clapet piloté, agissant en sortie de l’accumulateur hydraulique pour piloter le fluide hydraulique qu’il peut délivrer vers ladite partie de la chambre du vérin.
Pour entraîner efficacement et de façon compacte -l’obturateur de- la vanne, il est aussi proposé que le piston présente, hors de la chambre du vérin et de l’enceinte, une liaison mécanique avec un support d’une crémaillère placée en liaison d'engrènement avec un pignon rotatif denté lié à ladite vanne, ce support formant alors l’élément de manoeuvre précité.
En alternative, on pourra prévoir que ladite liaison mécanique du piston soit, toujours hors de la chambre du vérin et de l’enceinte, établie non avec support de crémaillère, mais avec un arbre mobile en translation formant ledit élément de manoeuvre.
Ceci sera performant sur une vanne à obturateur à mouvement linéaire, comme précité.
Dans un but comparable, il est également proposé que le piston présente, hors de la chambre du vérin et de l’enceinte, une tige qui traversera une paroi de l’enceinte en contact avec le fluide hydraulique et contre laquelle sera alors située la chambre du vérin.
Pour notamment la fabrication, la maintenance et la compacité, l’enceinte du bloc de puissance pourra comprendre :
- un corps tubulaire qui, avec des parois latérales de fond qui en ferment les extrémités, définit, dans l’enceinte un volume de stockage du fluide hydraulique,
- et, passant dans ledit volume de stockage du fluide hydraulique, des tirants de maintien des parois latérales de fond par rapport au corps tubulaire.
Concernant l’ensemble précité comprenant ledit bloc de puissance, la vanne à obturateur et l’arbre auquel est lié cet obturateur, il est proposé qu’il comprenne en outre :
- un boîtier de commande fixé sur un carter fermant un volume contenant la crémaillère, son support et le pignon rotatif denté, si l’arbre est tournant, ou un boîtier de commande fixé avec un corps de la vanne, si l’arbre est mobile en translation, et
- une liaison électrique entre le boîtier de commande d’une part et la pompe hydraulique et le moteur électrique d’autre part.
Ainsi, l’objectif de compacité sera poursuivi.
Brève description des figures
[Fig. 1] représente un ensemble de commande d’un obturateur de vanne conforme à l’invention, suivant une vue de dessous, avec une partie en arraché, et un couplage avec un moyen de rappel élastique;
[Fig. 2] représente le même ensemble suivant une vue de côté ;
[Fig. 3] représente une partie de commande de cet obturateur, en coupe verticale, dans le plan P de la figure 1 ;
[Fig. 4] reprend la partie droite de la figure 3, complétée un accumulateur hydraulique de sécurité à clapet piloté ;
[Fig. 5] représente une perspective d’un dit ensemble de commande d’un obturateur conforme à l’invention, mais avec seulement un actionneur et bloc de puissance, sans moyen de rappel élastique, et
[Fig. 6] représente une variante de réalisation à obturateur coulissant.
Description détaillée de l’invention
Un aspect de l’invention concerne donc, comme illustré figures 1 -3, un ensemble 1 comprenant ;
- un bloc de puissance 2, détaillé ci-après, dans un mode de réalisation compatible avec l’invention,
- une vanne 20 comprenant un obturateur 3,
- un arbre tournant 13 auquel est lié et qui est entraîné en rotation par un pignon 1 1 rotatif denté.
La manoeuvre de l’obturateur 3 la vanne 20 s'opère, dans cette réalisation, par l'intermédiaire d'une crémaillère 9 engrenant avec un pignon 1 1 rotatif denté.
Le pignon 1 1 illustré est de section elliptique.
Dans une solution pertinente, les dents 1 10 du pignon 1 1 sont ainsi situées selon plusieurs rayons différents. Ces rayons déterminent les couples mini et maxi disponibles.
La crémaillère 9 s'étend globalement transversalement à l'axe 1 1 a de rotation du pignon 1 1 , suivant globalement une direction 191 le long de laquelle s'étend la courbe développante d'une partie au moins du périmètre primitif du pignon (à l'endroit des dents 1 10 périphériques; figure 1 )
Le pignon 1 1 est par ailleurs lié avec l’arbre 13 pour que l'un transmette à l'autre un couple. En pratique ce couple sera proportionnel à celui appliqué sur le pignon 1 1 par la crémaillère 9, elle-même mue en translation par un actionneur 5.
L’arbre 13 tournant est lié fixement à l'obturateur 3 à manoeuvrer (voir figure 2).
Un actionneur 5, à tige 50a d’actionnement (bloc repéré 5/2) est disposé dans le prolongement axial (axe 191 ) de l’une des deux extrémités opposées du support 15 de la crémaillère 9. A l’opposé il peut n'y avoir rien, comme schématisé figure 5, ou bien une autre enceinte 310 limitée par un corps 370 tubulaire et renfermant un moyen 31 1 de rappel élastique suivant l’axe 191 , comme schématisé figure 1 . Le moyen 31 1 de rappel élastique, qui peut être un ressort de compression, peut agir, dans l’enceinte 310, sur un piston 313 à tige 50b d’actionnement.
A noter que la(les) tige(s),50a,50b, s'étend(ent) donc dans l’un et/ou l’autre des prolongements latéraux du support 15, suivant l'axe 191 .
La partie du mécanisme comprenant la crémaillère 9, le pignon 1 1 , l’arbre ou manchon 13 et le support de crémaillère 15, peut être logée dans un carter 23 comprenant deux parties 23a, 23b formant deux demi-coquilles complémentaires. Latéralement, des ouvertures, telles que 25a, 25b figure 2, laissent passer la tige 50a, 50b concernée.
La figure 5 montre que l’ensemble 1 peut utilement comprendre en outre :
- un boîtier de commande 14 fixé sur le carter 23 (une des deux parties 23a, 23b), lequel ferme donc un volume 24 (figure 1 ) contenant la crémaillère 9, son support 15 et le pignon 1 1 ,
- et une liaison électrique 12 entre :
-- un boîtier de commande 14 d’une part, et
-- le bloc de puissance 2, d’autre part, en particulier une pompe hydraulique 17 et un moteur électrique 18 que ce bloc de puissance 2 renferme.
Les figures 3-4 permettent de détailler un contenu du bloc de puissance 2, selon un mode de réalisation d’un aspect de l’invention.
Ainsi voit-on un tel bloc de puissance 2 pour l’actionnement d’(au moins)un élément 50a de manoeuvre d'un organe 3, tel qu’ici l’obturateur de la vanne 20 à fermer et ouvrir, par l'intermédiaire d’un vérin 22 comprenant un piston 26 adapté à se déplacer dans une chambre 27 du vérin sous l’effet d’un fluide hydraulique.
Le bloc de puissance 2 comprend en outre :
- une pompe hydraulique 17 pompant de ce fluide hydraulique,
- le moteur électrique 18 qui entraîne la pompe hydraulique 17, et,
- au moins un conduit 30 ou 40 pour le fluide hydraulique, faisant communiquant la pompe hydraulique 17 avec la chambre 27 du vérin.
Utilement, le bloc de puissance 2 comprend aussi une enceinte 31 contenant :
- la chambre 27 du vérin,
- la pompe hydraulique 17, laquelle est donc adaptée à pomper le fluide hydraulique contenu dans l’enceinte 31 ,
- le moteur électrique 18, qui est donc adapté pour un fonctionnement immergé dans ce fluide hydraulique, et également
- ledit conduit 30 ou 40.
Pour agir sur le support 15 de la crémaillère 9, le(chaque) piston présente, hors de la chambre 27 du vérin et de l’enceinte 31 , et dans la solution privilégiée schématisée figure 3, une tige 50a ou 50b qui traverse une paroi de l’enceinte 31 en contact avec le fluide hydraulique et contre laquelle est située la chambre 27. L’extrémité libre de la tige 50a ou 50b est, hors donc de l’enceinte 31 liée mécaniquement au support 15 (liaison trou/pion dans l’exemple).
Dans l’enceinte, un bloc de distribution 32 permet de gérer l’alimentation en fluide hydraulique de la chambre 27 du vérin. Ainsi, les différentes fonctions de gestion du débit et de la pression du circuit d’alimentation du vérin sont maîtrisées.
S’il est présent, un tel bloc de distribution 32 sera interposé entre la pompe hydraulique 17 et le moteur électrique 18. On optimisera l’ergonomie, l’efficacité et la compacité.
Le bloc de distribution 32 est traversé par un arbre 180 d’entrainement du moteur électrique 18.
Afin de permettre de manoeuvrer l’obturateur 3 de la vanne en cas de manque d’alimentation électrique, une extrémité 180a de l’arbre 180 d’entrainement peut dépasser hors de l’enceinte
31 et présente une forme 29 lui permettant d’être entraîné par un embout 34 d’une perceuse ou d’une visseuse à main (non représentée).
Egalement notamment par sécurité, si le vérin 22 est à simple effet, le bloc de puissance 2 pourra en outre utilement comprendre un accumulateur hydraulique 33 (figure 4) raccordé hydrauliquement avec une partie (d’un côté) 27a de la chambre 27 du vérin.
Ainsi, du fluide hydraulique contenu dans l’accumulateur hydraulique 33 pourra agir sur un côté du piston 26.
Favorablement, pourra être prévu, branché sur la sortie 33a de l’accumulateur hydraulique 33, un clapet piloté 35, agissant pour piloter le fluide hydraulique que l’accumulateur hydraulique 33 peut délivrer vers ladite partie 27a de la chambre du vérin.
Si le vérin 22 est à simple effet, la tige 50a, sortant hors de l’enceinte 31 sous l’action du bloc de puissance 2, pourrait être repoussée, à l’autre extrémité, par le moyen 31 1 de rappel élastique, suivant l’axe 191 , via la tige 50b coaxiale fixée au support 15 et via également le piston 313.
Pour réaliser l’ossature du bloc de puissance, on pourra utilement préférer que l’enceinte 31 comprenne, comme schématisé figure 3 :
- un corps 37 tubulaire qui, avec des parois 39,41 latérales de fond, ou flasques, qui en ferment les extrémités axialement opposées, définit, dans l’enceinte 31 , un volume V de stockage du fluide hydraulique,
- et, passant dans ce volume V, des tirants 43 axiaux de maintien des parois 39,41 latérales par rapport au corps 37.
Des écrous assurent le blocage et l’étanchéité, via des joints, depuis l’extérieur de l’enceinte 31 .
Le fluide hydraulique peut être de l’huile. Dans l’ossature du bloc de puissance, des orifices 44,45 respectivement de remplissage et de vidange permet de disposer de suffisamment de fluide.
Le vérin 22 considéré, agissant dans l’axe 191 de la tige 50a, sera donc favorablement intégré et solidaire d’une (39 ici) des parois 39,41 latérales.
Dans l’enceinte 31 , le cylindre 47 du vérin 22 peut être fermé par un fond 49, axialement à l’opposé de la paroi 39 latérale traversée par la tige 50a ; figure 3.
Le fond 49 est axialement retenu sur la paroi 39 par des tirants 51.
L’alimentation en fluide hydraulique peut être assuré côté tige 50a par un orifice usiné dans la paroi 39 et, côté fond 49, par un orifice dans ce fond.
L’ensemble compact comprenant, étagé axialement, le moteur électrique 18, le bloc de distribution 32 puis la pompe hydraulique 17, le tout adapté pour un fonctionnement immergé dans l’huile, est fixé sur le fond/paroi 41 latérale et raccordé au vérin 22 par l’intermédiaire
des conduits ou tuyaux flexibles 30,40 qui permettent d’alimenter les deux côtés 27a, 27b de la chambre, dès lors que le vérin est bidirectionnel dans l’exemple.
Le moteur électrique 18 peut être alimenté, à la demande, avec différentes tensions (380V 220V triphasé, 220V 1 10V monophasé ou 48V/24V DC.
Le boîtier 14 de commande peut utilement comprendre une enveloppe étanche comportant une embase fixée directement sur une partie 23a du carter 23 du mécanisme.
Depuis l’intérieur, un arbre transmet (renvoie transversalement) le mouvement de la (des) tige(s) 50a et/ou 50b du mécanisme à fin de course (ici rotation) de l’axe de l’obturateur 3 de ainsi qu’à un indicateur 53 de position du pignon 11 visible de l’extérieur du boîtier 14.
Connecté à ce boîtier 14 de commande, on trouve un câble d’entrée 55, le câble 12 pour l’alimentation de l’ensemble moteur électrique 18/bloc de distribution 32/pompe hydraulique 17, et un câble de commande 59 ; figure 5.
Avec le bloc 5/ 2, on peut obtenir qu’aucun élément mécanique ne soit apparent à l’extérieur de l’ossature précitée.
Dans le mode de réalisation de la figure 6, l’arbre tournant précité est remplacé par un arbre 13 mobile en translation (axe 191 ) et placé sous la commande de la tige 50a qui lui est coaxiale. L’intérieur du bloc 5/2 est comme celui de la figure 3. La tige 50a est commandée par le bloc de puissance 2 qui agit sur le vérin 22. Quand le piston 16 se déplace, il entraîne axialement la tige 50a et donc, sur la figure, fait monter ou descendre l’obturateur 3 (voir flèches). La communication entre les portions 61 a, 61 b de conduit interne de la vanne, de part et d’autre de l’obturateur 3, s’ouvre (obturateur 3 en position haute) ou se ferme (obturateur en position basse) en conséquence. Des tirants axiaux 63a, 63b fixent ensemble le corps 21 de la vanne 20 et le corps 37. Un guide 65 sécurise la translation axiale.
Parmi les avantages de l’invention, on peut relever :
a) ensemble compact : le bloc de puissance est exempt d’éléments extérieurs (tubes, pignons relais, tirants, ...etc),
b) multifonction : le bloc de puissance est polyvalent. Il peut être utilisé en fonction double effet, simple effet avec une boite à ressorts de rappel ou un accumulateur hydraulique... etc,
c) commande manuelle intégrée : le bloc de puissance peut être manoeuvré
manuellement en cas de besoin,
d) sans entretien ni réglages : : le bloc de puissance est réglé en usine à la pression hydraulique nécessaire en fonction des couples appliqués à la vanne 3 à motoriser. Ce réglage juste au-dessous du besoin pour le fonctionnement de la vanne est car il protège la vanne et en particulier l’arbre 13 de sortie de tout effort excessif.
e) durée de vie prolongée : un circuit hydraulique a une durée de vie longue. Les composants sont immergés dans le fluide hydraulique. Ils ne subissent pas d’agression mécanique ou chimique extérieure, ce qui en fait un produit extrêmement fiable.
f) boîtier de commande : le boîtier électrique de commande permet d’intégrer la gestion du moteur électrique 18 et si nécessaire deux fins de course avec contact.
g) protection du moteur électrique 18 : il est protégé contre un défaut de tension, manque de phase, surintensité ainsi qu’en cas d’augmentation anormale de température ;
-h) alimentation électrique (câbles 12,55,59) : alimentation standard 200V /400V triphasé. Des versions mono AC ou DC sont possibles,
i) faible consommation énergétique : un pignon 11 elliptique permettra d’optimiser les couples agissant sur l’obturateur 3 juste en-dessous du besoin en couple ; et les rendements très élevés de l’ensemble électro hydraulique font que la consommation d’énergie globale est minimisée.
Claims
1. Bloc de puissance pour l’actionnement d’un élément (13) de manoeuvre d'un organe (3,20), telle qu’une vanne à fermer et ouvrir, par l'intermédiaire d’un vérin (22) comprenant un piston (26) adapté à se déplacer dans une chambre (27) du vérin sous l’effet d’un fluide, caractérisé en ce que le fluide est hydraulique et le bloc (2) de puissance comprend en outre :
- une pompe hydraulique (17) pompant dudit fluide hydraulique,
- un moteur électrique (18) d’entrainement de la pompe hydraulique, et,
- au moins un conduit (30,40) pour le fluide hydraulique, faisant communiquant la pompe hydraulique avec la chambre du vérin.
2. Bloc de puissance selon la revendication 1 , comprenant en outre une enceinte (31 ) contenant :
- la chambre (27) du vérin,
- le fluide hydraulique,
- la pompe hydraulique (17), adaptée à pomper dans l’enceinte (31 ),
- le moteur électrique (18), adapté pour un fonctionnement immergé dans le fluide hydraulique de l’enceinte,
- ledit au moins un conduit pour le fluide hydraulique.
3. Bloc de puissance selon la revendication 2, comprenant en outre, de préférence dans l’enceinte, un bloc de distribution (32) pour gérer une alimentation en fluide hydraulique de la chambre (27) du vérin.
4. Bloc de puissance selon la revendication 3, dans lequel le bloc de distribution (32) est interposé entre la pompe hydraulique et le moteur électrique (18) et est traversé par un arbre (180) d’entrainement du moteur électrique.
5. Bloc de puissance selon la revendication 2, seule ou en combinaison avec l’une
quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel une extrémité (180a) d’arbre d’entrainement du moteur électrique (18) dépasse hors de l’enceinte (31 ) et présente une forme lui permettant d’être entraîné par un embout (34) d’une perceuse ou d’une visseuse à main.
6. Bloc de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- le vérin (22) est à simple effet,
- le bloc de puissance (16) comprend en outre un accumulateur hydraulique (33), de sécurité raccordé hydrauliquement avec une partie de la chambre (27) du vérin pour que du fluide hydraulique qu’il contient puisse agir sur un côté du piston (26).
7. Bloc de puissance selon la revendication 3, qui comprend en outre un clapet piloté (35), agissant en sortie de l’accumulateur hydraulique (33) pour piloter le fluide hydraulique qu’il peut délivrer vers ladite partie de la chambre du vérin.
8. Bloc de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le piston (26) présente, hors de la chambre (27) du vérin et de l’enceinte (31 ), une liaison mécanique avec un support (15) d’une crémaillère (9) formant ledit élément de manoeuvre et qui est placée en liaison d'engrènement avec un pignon
(1 1 ) rotatif denté.
9. Bloc de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le piston (26) présente, hors de la chambre (27) du vérin et de l’enceinte (31 ), une liaison mécanique avec un arbre mobile en translation (13) formant ledit élément de manoeuvre.
10. Bloc de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le piston présente, hors de la chambre du vérin et de l’enceinte (31 ), une tige (50a) qui traverse une paroi (39) de l’enceinte (31 ) en contact avec le fluide hydraulique et contre laquelle est située la chambre (27) du vérin.
1 1. Bloc de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’enceinte (31 ) comprend :
- un corps (37) tubulaire qui, avec des parois (39,41 ) latérales de fond qui en ferment les extrémités, définit, dans l’enceinte (31 ), un volume de stockage du fluide hydraulique,
- et, passant dans ledit volume de stockage du fluide hydraulique, des tirants (51 ) de maintien des parois latérales de fond par rapport au corps (37) tubulaire.
12. Ensemble comprenant :
- le bloc de puissance selon la revendication 8, seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 10 ou 1 1 ,
- une vanne comprenant un obturateur (3),
- un arbre tournant (13) auquel est lié l’obturateur (3) et qui est entraîné en rotation par le pignon (11 ) rotatif denté.
13. Ensemble selon la revendication 12, qui comprend en outre :
- un boitier de commande (14) fixé sur un carter (23) fermant un volume (24), contenant la crémaillère (9), son support (15) et le pignon (11 ) rotatif denté, et
- une liaison électrique (12) entre le boitier de commande (14) d’une part et la pompe hydraulique et le moteur électrique (17) d’autre part.
14. Ensemble comprenant :
- le bloc de puissance selon la revendication 9, seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 10 ou 1 1 ,
- une vanne comprenant un obturateur (3),
- l’arbre mobile en translation (13) auquel est lié l’obturateur (3) et qui est entraîné par le piston (26).
15. Ensemble selon la revendication 14, qui comprend en outre :
- un boitier de commande (14) fixé avec un corps (21 ) de vanne (20), et
- une liaison électrique (12) entre le boitier de commande (14) d’une part et la pompe hydraulique et le moteur électrique (17) d’autre part.
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