FR2524170A1 - Procede et dispositif de couplage a demultiplication ajustable entre un mouvement de translation et un mouvement de rotation, appareil de reglage et vanne de reglage a coefficient de debit nominal ajustable equipe d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE PRINCIPALEMENT UN PROCEDE DE COUPLAGE A DEMULTIPLICATION AJUSTABLE ENTRE: -UN PREMIER MOUVEMENT DE ROTATION R1 MOTEUR AUTOUR D'UN PREMIER AXE FIXE 10; ET -UN MOUVEMENT DE TRANSLATION F2 RECEPTEUR SELON Z-Z. ELLE EST REMARQUABLE PAR LE FAIT QUE: -L'ON ACTIVE LE MOUVEMENT DE TRANSLATION RECEPTEUR F2 EN LE COUPLANT MECANIQUEMENT A UN SECOND MOUVEMENT DE ROTATION R2 DIT RECEPTEUR AUTOUR D'UN AXE FIXE 21; ET -L'ON ETABLIT UNE CORRELATION MECANIQUE AJUSTABLE ENTRE LESDITS MOUVEMENTS DE ROTATION MOTEUR R1 ET RECEPTEUR R2. L'INVENTION CONCERNE EGALEMENT DES APPAREILS DE REGLAGE DE L'AMPLITUDE D'UN PARAMETRE ET PLUS PARTICULIEREMENT DES VANNES 30 DE REGLAGE DU DEBIT D'UN FLUIDE A COEFFICIENT DE DEBIT NOMINAL AJUSTABLE CONTINUMENT, UTILISANT LE PROCEDE CI-DESSUS.

Description

La présente invention est du domaine des appareils de commande automatique

assurant le réglage d'un paramètre physique et concerne principalement un procédé et un dispositif de couplage mécanique entre

le servomoteur (activant une tige motrice à mouvement li-

néaire) et le clapet de réglage (commandé de même par une tige réceptrice à mouvement linéaire)

d'un appareil de réglage de l'amplitude dudit paramètre.

Ce dispositif de couplage est destiné à assurer un ajustage conti-

nu, dans une large plage, de la gamme de variation du paramètre régulé par ledit appareil et plus particulièrement du paramètre nominal

de cette gamme (c'est-à-dire de la valeur maximale du paramètre régu-

lé), en fonction des conditions de service imposées.

La majorité des appareils de réglage mécanique d'un paramètre sont constitués essentiellement

d'un système (ou clapet) de réglage, agissant sur la varia-

tion de l'amplitude du paramètre et d'un servomoteur destiné à commander la position dudit clapet de réglage et actionné à l'aide d'une source d'énergie motrice auxiliaire telle que de l'air, de l'huile sous pression ou

de l'électricité.

Le réglage du paramètre est effectué en corrélation avec un signal

de commande émis par un régulateur et transmis au servomoteur.

Généralement

d'une part, du fait que ce signal de commande a une puis-

sance insuffisante pour commander directement le servo-

moteur et, d'autre part, pour assurer une grande précision de l'action du servomoteur eu égard au niveau du signal de commande, on munit l'appareil de réglage d'un dispositif d'asservissement appelé

positionneur destiné à assurer la corrélation entre le signal de com-

mande et l'état du système de réglage Celui-ci se compose classique-

ment comme tout système d'asservissement automatique d'un dispositif de réception du signal de commande émis par le régulateur,

d'un dispositif de perception sous forme mécanique ou ana-

logique de la position du clapet de réglage, d'un dispositif de comparaison entre

un état souhaité du système de réglage, résultat (notam-

ment par l'intermédiaire d'un système de cames) de l'application au signal de commande d'un opérateur (linéaire ou non) et l'état réel du système de réglage, et, enfin, d'un amplificateur de puissance, alimentant en énergie motrice auxiliaire le servomoteur et dont l'action est pilotée par le dispositif de comparaison pour réduire l'écart

entre l'état souhaité et l'état réel du système de réglage.

L'application la plus courante et la plus avantageuse de ce type

d'appareil de réglage et, plus particulièrement du dispositif de coupla-

ge objet de la présente invention, est la vanne de réglage de débit de fluide C'est la raison pour laquelle celle-ci sera prise comme exemple pour décrire l'invention, bien que cela ne doive pas être considéré

comme limitant la portée de la présente invention.

Dans cette application, le paramètre régulé est le coefficient de débit (appelé CD) de la vanne joignant deux portions de la canalisation

au travers de laquelle s'écoule un fluide.

Par définition, le CD d'une vanne est le nombre de gallons US

d'eau traversant en une minute cette vanne lorsque la chute de pres-

sion au passage de celle-ci est de 1 psi (une livre par pouce carré).

On comprend ainsi que le CD d'une vanne donne une bonne représen-

tation de la restriction qu'oppose instantanément une vanne au passage

d'un fluide.

Par la suite, nous nous intéresserons plus particulièrement aux vannes dont le système de réglage est du type à mouvement linéaire, c'est-à-dire dont le corps de vanne joignant les deux extrémités de la canalisation est percé d'un évidement transversal au sein duquel est introduit un ensemble (siège et clapet), à guidage linéaire commandé

de l'extérieur par ladite tige réceptrice.

Le servomoteur de ces vannes est généralement du type pneu-

matique (c'est-à-dire dont l'énergie motrice auxiliaire est constituée par une pression de gaz) et formé par un piston surmonté par la tige motrice et introduit à l'intérieur d'une chambre cylindrique, contre une membrane intégrant l'action de pression du volume de gaz introduit et

emprisonné dans cette chambre.

Enfin, un dispositif de couplage constitué par un système de leviers plus ou moins complexe assure la transmission et l'amplification du mouvement de la tige motrice du servomoteur vers la tige réceptrice

du système d'obturation variable.

Ce type de vanne est actuellement très utilisé et très apprécié

dans tous les domaines de l'industrie pour effectuer le réglage auto-

matique du débit des fluides Il n'est d'ailleurs pas rare de rencontrer dans une même usine, plusieurs centaines de vannes effectuant le réglage de débit de fluides de tous types suivant des coefficients de

débit CD très différents.

Néanmoins, cette variété des conditions de service (et des CD correspondants) pose de nombreux problèmes d'adaptation des vannes

de réglage pour fournir dans chaque cas d'utilisation une vanne possé-

dant un coefficient de débit nominal (c'est-à-dire un coefficient CD de débit maximal) dépassant aussi faiblement que possible le coefficient de

débit de service calculé.

Cette contrainte d'ajustage du coefficient de débit nominal est imposée pour des raisons de sécurité dans de nombreux domaines tels la chimie En effet, on conçoit qu'une défaillance mécanique d'une vanne et particulièrement de son servomoteur peut entraîner une ouverture maximale du système d'obturation de cette dernière, aboutir, si l'écart entre le débit nominal et le débit de

service est trop important à des incidents en chaîne à l'inté-

rieur de l'ensemble des circuits de l'installation et ainsi conduire à des catastrophes graves telles que des

explosions ou des pollutions.

On connaît actuellement diverses méthodes pour adapter le coeffi-

cient nominal de débit d'une vanne à un CD imposé.

La plus simple consiste à construire une vanne différente pour chaque cas d'utilisation en effectuant notamment une homotéthie de l'une d'entre elles Mais on comprend sans peine que cette solution

conduit à des coûts de conception et de fabrication tout à fait incompa-

tibles avec les actuelles contraintes industrielles, car chacune des

pièces constitutives de la vanne doivent alors être réalisées à l'unité.

Une variante de cette solution est d'effectuer une réduction de la course du clapet par modification de l'échelle propre du servomoteur s'il n'est pas équipé d'un positionneur Mais, ceci entraîne les mêmes

inconvénients de coût qu'évoqués ci-dessus.

De même une autre variante, solution actuellement la plus couram-

ment utilisée, consiste à prévoir l'équipement du corps de vanne à

l'aide d'une gamme plus ou moins étoffée de jeux de systèmes d'obtura-

tion variable du débit du fluide (clapet + siège). Cette solution présente bien entendu elle aussi le défaut d'être

coûteuse, car ces systèmes d'obturation sont des pièces élaborées né-

cessitant un usinage très précis qu'il serait préférable de réaliser en grande série Par ailleurs, de nombreuses applications, notamment dans l'industrie nucléaire, nécessitent des écarts précis entre le CD de service et le CD nominal de chaque vanne En particulier, il n'est pas rare que l'on impose pour chaque vanne de l'installation une condition

telle: CD nominal CD service < 20 %.

CD nominal Dans ce cas, le constructeur de vanne désirant (pour des raisons de coût et d'homogénéité de matériel en facilitant l'entretien) équiper l'installation avec un même type de vanne devra posséder en stock une gamme de systèmes d'obturation dont les CD nominaux sont répartis

suivant une série de raison géométrique 1,2.

Ces conditions aboutissent couramment à imposer une gamme de plusieurs centaines de systèmes d'obturation nécessaires pour équiper

une seule usine.

De plus, cette dernière solution, si elle est retenue par le cons-

tructeur, présente aussi le défaut d'être figée et de ne pas permettre

un ajustage fin et continu de la gamme des CD nominaux à des condi-

tions particulières.

Une seconde méthode, utilisable notamment dans le cas o les vannes considérées sont équipées de positionneurs, consiste à faire

varier l'échelle de contre-réaction du positionneur En effet, le prin-

cipe de fonctionnement d'un positionneur pneumatique repose généra-

*lement sur l'équilibre entre deux forces l'une exercée sur un diaphragme par la pression du signal pneumatique issu du régulateur et l'autre produite par la tension d'un ressort de réaction, dont la longueur est en relation avec la position de la tige du servomoteur et donc du clapet, par l'intermédiaire d'un

mécanisme de réaction.

De ce fait, les variantes les plus courantes de cette méthode consistent:

soit, à utiliser des ressorts de réaction de différentes rai-

deurs, soit encore, à modifier la cinématique des mouvements entre

le ressort de réaction et la tige du servomoteur.

Cette solution présente, contrairement aux précédentes, l'avantage d'être simple, peu onéreuse et de permettre une adaptation continue du CD nominal correspondant au signal maximum Néanmoins, elle présente deux inconvénients majeurs, car: d'une part, elle est liée à l'utilisation d'un positionneur dont l'action d'amplification du signal se trouve modifiée par l'emploi de cette solution, et, d'autre part, elle est accompagnée de risques importants, au niveau de la sécurité des installations, du fait que le CD nominal des vannes correspondantes n'est plus lié à une

butée mécanique (la position extrême de la tige du servo-

moteur) mais simplement à l'état extrême du signal de com-

mande. Ce dernier inconvénient interdit pratiquement l'usage de cette

solution dans toutes les installations à haut niveau de sécurité.

Enfin, la demanderesse a mis au point dans le passé un type de vanne permettant un ajustage mécanique continu de son coefficient de

débit nominal Cette vanne a pour objet essentiel de résoudre le pro-

blème difficile du réglage des très faibles débits de fluide sous très

forte pression.

A cet effet elle est constituée principalement d'un châssis muni d'un axe de rotation, d'un levier primaire articulé par une première extrémité sur l'axe de rotation, d'un ensemble intégré positionneur et servomoteur solidaire

du châssis, disposé perpendiculairement à la position moyen-

ne du levier primaire au voisinage de sa seconde extrémité et relié à cette extrémité à l'aide d'une tige motrice axiale, en

translation selon un dit premier axe (de translation) perpen-

diculaire à l'axe de rotation, d'un levier secondaire en forme de tringle de renvoi, articulé à l'une de ses extrémités (dite-amont) sur une semelle de guidage introduite à l'intérieur d'un sillon, ménagé au voisinage de la première extrémité du levier

primaire dans un plan perpendiculaire à l'axe de rota-

tion, cette semelle étant par ailleurs percée d'une

lumière longitudinale coopérant avec un écrou de bloca-

ge solidaire du levier primaire de façon à ce que la position de l'extrémité amont du levier secondaire puisse être déplacée puis bloquée vis-à-vis de l'extrémité correspondante du levier primaire, et articulé de même, par son autre extrémité dite avale, vis-à-vis d'une tige secondaire réceptrice guidée en

translation selon un dit second axe de translation (inter-

cédant l'axe de rotation, perpendiculaire à l'axe de rotation et au premier axe de translation) et activant par son mouvement le clapet de la vanne disposée dans

son prolongement.

On comprend sans peine que ce type de vanne présente les avan-

tages

d'une part de pouvoir être transformée d"'ouvrant par man-

que d'air" en "fermant par manque d'air" par un simple déplacement de la semelle, à l'intérieur de son sillon, de part et d'autre de la position neutre représentée par le dit second axe de translation,

d'autre part de permettre un ajustage continu de son coef-

ficient de débit nominal par modification de la distance entre l'extrémité amont du levier secondaire et la position neutre et enfin d'être très adaptée à la régulation des fluides sous

très haute pression du fait de l'important taux de démultipli-

cation entre les mouvements de translation moteur (du servo-

moteur) et récepteur (du clapet) qu'offre le système de couplage par renvoi orthogonal, constitué par les leviers primaire et secondaire accouplés par deux de leurs extrémités et disposés perpendiculairement à l'axe du positionneur dans

le prolongement de celui du clapet.

Néanmoins, ce type de vanne est peu employé tout d'abord pour des raisons de coût de revient très élevé du système de couplage entraîné en particulier par les difficultés pour réaliser les usinages précis du sillon et de la semelle ainsi que les articulations rotoides

entre la semelle, le levier secondaire et la tige secon-

daire

et par l'architecture tout à fait particulière de ce sys-

tème de couplage qui le rend inadaptable aux vannes habituelles, par ailleurs, par la délicatesse d'ajustage du CD occasionnée par le fort taux de démultiplication et le système peu adéquat de positionnement de la semelle,

enfin et surtout, en raison de son encombrement très impor-

tant résultant à la fois des formes massives de ses deux

leviers et de la disposition de ses sous-ensembles (position-

neur et servomoteur d'une part et système de réglage du

débit d'autre part) selon deux directions orthogonales.

La présente invention a pour objet général de proposer un moyen peu onéreux d'utiliser un même appareil de réglage de l'amplitude d'un paramètre dans un très vaste domaine d'application en permettant un ajustage de son paramètre nominal à chacune des conditions de service imposées. Un deuxième objet de l'invention est de proposer un tel moyen d'ajustage du paramètre nominal d'un appareil de réglage résolvant l'ensemble des problèmes évoqués plus haut inhérents à l'architecture des dispositifs existants et qui soit à la fois simple, peu encombrant et

facilement adaptable sur la majorité des appareils de réglage existants.

Un troisième objet de l'invention est d'exposer une variante d'un tel moyen d'ajustage du paramètre nominal d'un appareil de réglage

dont la mise en oeuvre soit simple, rapide, continue et précise.

Un quatrième but de l'invention est de conseiller diverses confi-

gurations des moyens qu'elle propose, qui permettent en outre d'assu-

rer, dans une large gamme d'utilisation, une quasi-linéarité entre le signal transmis à l'appareil de réglage et l'action de cet appareil sur

l'amplitude du paramètre régulé.

Enfin, le but essentiel de l'invention est de décrire, selon les principes ci-dessous, une nouvelle conception de vanne de réglage du débit d'un fluide, à coefficient de débit nominal ajustable continûment, qui soit à la fois simple, peu encombrante, précise et très fiable au

niveau de la sécurité.

A cet effet l'invention se rapporte principalement à un procédé de couplage mécanique à démultiplication ajustable entre un mouvement de rotation (dit moteur) autour d'un premier axe fixe et un mouvement de

translation (dit récepteur).

Ce procédé est remarquable par le fait que

d'une part, on active le dit mouvement de translation récep-

teur, à partir du mouvement de rotation moteur, en le cou-

plant mécaniquement à un second mouvement de rotation (dit récepteur) autour d'un second axe fixe et, d'autre part, on établit une corrélation cinématique

ajustable entre les mouvements de rotation moteur et récep-

teur.

En effet, ce procédé trouve une application particulière fort avan-

tageuse pour effectuer un couplage mécanique selon une démultiplica-

tion adaptable entre deux mouvements de translation dits respective-

ment moteur et récepteur Cette variante consiste à commander le

mouvement moteur de rotation en le couplant mécaniquement au mouve-

ment moteur de translation.

On conçoit sans peine qu'un tel procédé permet au sein d'un appa-

reil de réglage de l'amplitude d'un paramètre, de réaliser le couplage mécanique entre le servomoteur déplaçant en translation une tige motrice guidée selon un premier axe,

et le moyen d'action de cet appareil sur l'amplitude du para-

mètre, activé par une tige réceptrice guidée selon un second axe.

On comprend également que selon le choix de la corrélation méca-

nique entre les mouvements de rotation moteur et récepteur, il est possible, suivant ce procédé, d'effectuer une adaptation du taux de démultiplication cinématique du couplage (c'est-à-dire de la gamme de

réglage de l'appareil) selon une large plage.

Mais l'invention concerne par ailleurs un dispositif approprié à l'application d'un des procédés tel que décrit ci-dessus pour effectuer un couplage mécanique à démultiplication ajustable entre un premier mouvement de rotation (dit moteur) autour d'un premier axe fixe et un

mouvement de translation dit récepteur.

Un tel dispositif comporte

un premier levier (dit moteur) en rotation autour d'un pre-

mier axe fixe pour matérialiser le premier mouvement de rotation moteur, un second levier (dit récepteur) en rotation autour d'un 9. second axe parallèle au premier, une tige réceptrice guidée et articulée avec le dit second

levier pour matérialiser le mouvement de translation récep-

teur. Selon l'invention, d'une part, le second axe de rotation est fixe et, d'autre part, les premier et second leviers sont accouplés par un moyen de liaison (telle une pièce auxiliaire) solidaire d'au moins un point fixe ajustable de l'un desdits leviers et déterminant un mouvement imposé à un degré de liberté

entre ce point fixe et l'autre levier.

Ainsi, le simple choix dudit point fixe détermine le taux de démul-

tiplication entre les mouvements moteur de rotation et récepteur de translation. Une application très intéressante de ce dispositif réside dans le couplage mécanique entre la tige motrice guidée en translation du servomoteur d'une vanne de réglage du débit d'un fluide et la tige

réceptrice de son clapet.

En effet, selon un type de vanne très couramment utilisé, la tige motrice du servomoteur et la tige réceptrice du clapet sont parallèles et reliées toutes deux à un unique bras de commande formant levier

qui assure l'amplification de la force transmise.

Ce bras, disposé quasi perpendiculairement à la direction commune des deux tiges, est en pivotement autour d'un point fixe voisin de la

zone d'articulation de la tige réceptrice.

Ainsi, il est conseillé d'équiper le type de vanne précédent du dispositif de couplage de l'invention Selon une configuration préférée, on dispose les deux leviers dans une direction quasi perpendiculaire à celle du mouvement des deux tiges Cette configuration permet de réaliser une vanne de réglage à coefficient de débit nominal ajustable

dont la valeur est imposée par un effet de butée du piston du servo-

moteur à l'intérieur de sa chambre et donc avec des conditions de

sécurité extrêmes.

Par ailleurs, contrairement aux vannes à coefficient nominal ajus-

table existant actuellement, elle présente d'une part, l'avantage d'être beaucoup plus simple à réaliser, d'autre part, de présenter un encombrement plus réduit du fait de la colinéarité entre le servomoteur, le corps de vanne et, éventuellement (comme nous le verrons plus loin), un positionneur

et, enfin, d'être facilement adaptable sans modification pro-

fonde sur les types de vannes existants.

Selon une variante avantageuse du procédé de couplage de l'in- vention, on choisit tout d'abord un point fixe (dit de liaison) de l'un des deux leviers Puis, au cours du mouvement des leviers, on impose

à ce point de suivre un chemin solidaire de l'autre levier.

En particulier, selon une variante recommandée par l'invention, chacun des deux leviers moteur et récepteur est muni d'une lumière longiligne De plus, un axe de transmission du mouvement entre les deux leviers est introduit au travers de la lumière longiligne de chacun

d'eux Cet axe est muni d'un système de blocage du type verrouillable-

déverrouillable permettant de l'immobiliser dans une position déterminée

par rapport à l'un des deux leviers La lumière de l'autre axe présen-

te, par ailleurs, une largeur égale à la section dudit axe de transmis-

sion de façon à ce que la partie libre de l'axe de transmission puisse

coulisser sans jeu à l'intérieur de cette lumière.

De la sorte, on peut effectuer un ajustement continu de la démul-

tiplication (et notamment du coefficient du débit nominal pour une vanne) par simple déplacement de la position de l'axe le long du levier

auquel il est lié.

Par ailleurs, il est recommandé que la lumière de celui des leviers

le long de laquelle coulisse librement l'axe de transmission du mouve-

ment soit rectiligne De plus, il est préférable que les deux leviers moteur et récepteur soient droits et quasiment parallèles au cours de leur mouvement En effet, cette configuration permet d'assurer une

démultiplication quasi linéaire entre les mouvements moteur et récep-

teur Cette particularité est fort appréciée dans le cas d'une vanne de réglage car elle permet d'assurer une proportionnalité entre le signal

de commande et la position du clapet.

De même, il est conseillé selon l'invention de placer chacun des axes de rotation des deux leviers au voisinage de la tige réceptrice de façon à accroître le taux de démultiplication entre le mouvement moteur

et le mouvement récepteur et, de ce fait, la sensibilité de l'appareil.

Au surplus, selon une variante d'utilisation très pratique, l'un au moins des deux leviers est muni d'une échelle longiligne graduée, face

à laquelle est déplacé un point de repère solidaire de l'axe de transmis-

il sion du mouvement entre les deux leviers, de façon à permettre un ajustage continu et étalonné de la démultiplication du couplage Les

échelles longilignes des vannes de réglage de débit seront de préféren-

ce graduées en pourcentage du débit nominal maximal de la vanne.

Enfin, dans le cas o l'appareil de réglage, et en particulier la

vanne de réglage, est muni d'un positionneur lié au châssis de l'appa-

reil et destiné à assurer un asservissement entre le signal de comman-

de et l'état du système de réglage, en appréhendant le mouvement de ce système par l'intermédiaire d'un ressort de contre-réaction, il est conseillé par l'invention de lier l'extrémité de ce ressort au levier

moteur du dispositif de couplage.

De la sorte, l'étalonnage du positionneur est indépendant de

l'ajustage du coefficient de débit nominal et la linéarité entre les ac-

tions du positionneur et du signal de commande est conservée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront

de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, les-

quels description et dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple non

limitatif. Sur ces dessins la figure 1 représente, vu de face, un dispositif conforme à

l'invention, de couplage mécanique à démultiplication ajusta-

ble entre deux mouvements de translation, la figure 2 décrit, en coupe partielle, une vanne de réglage

du débit d'un fluide à coefficient de débit ajustable continû-

ment et équipée à cet effet du dispositif de couplage de la figure 1, la figure 3 représente, en coupe verticale selon a-a, le clapet de réglage de la section de passage du fluide de la vanne de la figure 2, la figure 4 est une vue de dessus du dispositif de couplage de la figure 1 équipant la vanne de réglage de la figure 2, la figure 5 représente, en coupe verticale selon b-b, le positionneur équipant la vanne de réglage de la figure 2 et, en particulier, le mode de mise en place de son ressort de

contre-réaction conseillé par l'invention.

Sur la figure 1, on reconnaît un dispositif 1, conforme à l'inven-

tion, de couplage mécanique entre deux mouvements de translation parallèles respectivement moteur fi et récepteur f 2, matérialisés par la

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I 2

tige motrice 3 et la tige réceptrice 4.

Celui-ci comporte essentiellement un levier moteur 5 relié à la tige motrice 3 à l'aide d'une première chape en fourche 6 la prolongeant et pivotant autour d'un axe 8 (solidaire du levier 5 et introduit à l'intérieur d'un évidement 9 de la chappe 6 prévue à cet effet) et articulé autour d'un premier axe fixe 10 de rotation selon rl, lié et surélevé par rapport au châssis 11 du dispositif 1 par l'intermédiaire d'une potence 13,

et, de même, un levier récepteur 15, disposé quasi parallè-

lement au levier moteur 5, relié à la tige réceptrice 4 à l'aide d'une seconde chape

16 la prolongeant et pivotant autour d'un axe 18 (soli-

daire du levier 15 et introduit à l'intérieur d'un évide-

ment transversal 19 de la chape 16) et articulé autour d'un second axe fixe 21 de rotation selon r 2, lié et surélevé par rapport au châssis 11 du

dispositif 1 par l'intermédiaire de la potence 23.

Les axes 8, 10, 18 et 21 sont munis à leurs extrémités de clips 24

de façon à permettre un démontage rapide des leviers 5 et 15.

Les leviers 5 et 15 ménagent longitudinalement une lumière recti-

ligne 25, 26 Chacune d'elles est traversée par un axe ajustable 28 de transmission des mouvements de rotation n, r 2 entre les deux leviers

5 et 15.

En outre, un système de blocage 29 verrouillable-déverrouillable du type boulon-écrou permet de déplacer l'axe 28 selon g le long de sa

lumière 26 avant de l'immobiliser vis-à-vis du levier 15.

* Sur la figure 2, on distingue une vanne classique 30 de réglage du débit d'un fluide Celle-ci est commandée par un servomoteur 32 constitué principalement par un piston 34 coulissant verticalement à l'intérieur d'une chambre cylindrique 35 et surmonté par une membrane

déroutante 37 afin d'intégrer l'effort de pression émis par le position-

neur 36 et transmis par l'entrée d'air 38 à la partie inférieure de la

chambre 35.

L'action du servomoteur est transmise à la tige motrice 3 à la-

quelle il est accouplé Elle est contrariée par un ressort 39 surmontant

le piston 34 à l'intérieur de la chambre 35 du côté opposé à la membra-

ne 37 Ainsi, une augmentation de pression d'entrée provoque la translation de la tige motrice 3 vers le haut selon fil le long de l'axe

x-x' et réciproquement.

La figure 3 représente le système 39 d'obturation variable du débit de fluide à l'intérieur de la vanne 30 Il comporte classique- ment un corps 40 percé selon y-y' de deux alésages 41 et 42 de façon à être fixé aux deux extrémités des portions de canali-

sation entre lesquelles doit être installée la vanne 30, un évidement borgne 44 ménagé selon z-z' perpendiculaire à y-y' au travers du corps 40 et communiquant avec les deux alésages 41 et 42 par l'intermédiaire des perçages 45 et 46 de façon à permettre le passage du fluide de l'un vers l'autre, un siège annulaire 48 introduit sans jeu à l'intérieur de l'évidement 44, ménageant une solution de continuité latérale 43 avec le perçage 46 et communiquant par ailleurs avec le perçage 45 par l'intermédiaire de son évidement central 49, un clapet 50 coopérant avec la partie active 51 du siège 48 pour obturer plus ou moins la section de passage entre les perçages 45 et 46 de façon à faire varier le coefficient de débit CD de la vanne, une tige réceptrice 4 surmontant le clapet 50 et induisant ses mouvements de translation, enfin, divers accessoires 55 de guidage précis en translation verticale selon z-z' suivant f 2 de la tige réceptrice 4 et d'étanchéité entre le corps 40, le clapet 50, le siège 48 et l'extérieur. Le principe de fonctionnement du dispositif de couplage mécanique 1 selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1

et 2.

On remarquera tout d'abord que le mouvement (selon fl) de translation assurant la commande de la tige motrice 3 est tout d'abord transformé en C par l'intermédiaire de l'articulation 8 en un premier mouvement de rotation (selon rn) autour de l'axe fixe 10 situé en B,

matérialisé par le levier moteur 5.

Puis, ce premier mouvement de rotation (moteur) autour du point fixe B est couplé à un second mouvement de rotation (récepteur)

autour du point fixe A matérialisé par le levier récepteur 15, ce cou-

plage étant effectué par l'intermédiaire de l'arbre ajustable 28 situé en

O et solidaire du levier 15.

Enfin, le mouvement de rotation récepteur est transmis en D, par l'intermédiaire de l'articulation 18, à la tige réceptrice 4 se déplaçant en translation selon f 2 de façon à actionner le clapet 50. Or, si l'on admet que les leviers 5 et 15 sont de grandes dimensions vis-à-vis de la distance de leurs points de rotation A et B et que les rotations de chacun de ces leviers sont de faible amplitude, un calcul géométrique simple montre que t moteur BO _ a B BC _ tmot AD = K t mot AO a A trécep t récep BC * trécep

AD

a B et a A étant les angles que font respectivement le levier moteur 5 et le levier récepteur 15 au cours de leurs rotations respectives, t mot et t récep représentant l'amplitude de translation de

la tige motrice et de la tige réceptrice au cours de leurs mou-

vements,

enfin, K = AD étant une constante caractéristique du dispo-

BC tif et donc de la vanne et ne dépendant que de la position respective des points A, B, C et D. On se rend compte ainsi qu'un simple ajustage de O, c'est-à-dire

de la position de l'arbre 28 vis-à-vis du levier 5 permet de faire va-

rier continûment le taux de démultiplication du système de la valeur

dl _ BO 1 vers la valeur d 2 _ B 02 ou manifestement dl < d 2.

AO 1 A 02

On se rend compte également que ce sont essentiellement les ca-

ractéristiques géométriques propres au dispositif 1 selon l'invention, à savoir: longueur des leviers 5 et 15 quasi parallélisme de ces leviers 5 et 15 perpendiculairement à la direction de translation des tiges 3 et 4 et développement rectiligne de la lumière 25 le long du levier , qui permettent d'obtenir une relation de quasi linéarité (à coefficient de démultiplication ajustable) entre chacun des mouvements fi, rl, r 2, f 2.

On se rend compte, enfin, que ce type de dispositif 1 de cou-

plage est à la fois simple à réaliser et peu onéreux car il ne nécessite essentiel- lement que la fabrication des leviers 5 et 15 qui peuvent être simplement emboutis et d'encombrement réduit et dans une seule direction du fait de la colinéarité qu'il permet entre la direction x-x' du

servomoteur 32 et y-y' du système récepteur 39.

Un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux apparaît à la figure 4 sur laquelle on distingue la vanne de la figure 2

vue de dessus.

On remarque sur cette figure qu'une échelle longiligne graduée 60 recouvre le levier récepteur 15 Celle-ci est graduée de 40 à 100 en

pourcentage du débit nominal maximal de la vanne.

En effet, le pourcentage minimal est situé face à la position 01 du levier ajustable pour laquelle la démultiplication entre la translation de la tige motrice 3 et celle corrélative de la tige réceptrice 4 est maximale, c'est-à-dire à la position la plus basse de la tige réceptrice et donc du clapet et correspond donc au CD minimal de la vanne 30 Inversement,

le pourcentage maximal, c'est-à-dire 100 %, est disposé face à la posi-

tion 02 du levier ajustable pour laquelle la démultiplication entre les deux mouvements est minimale et correspond au CD maximal de la

vanne.

On conçoit qu'il est ainsi très facile d'ajuster la plage de variation du CD de la vanne 30 et, plus particulièrement, son CD nominal par simple déplacement de l'axe 28 le long de l'axe 15, le blocage au point

O correspondant au CD nominal requis repéré sur l'échelle 60.

On conçoit de même que, contrairement à la vanne de réglage décrite au préambule, la vanne 30 selon l'invention permet un réglage

précis du CD nominal en raison de la grande longueur 01-02 de dépla-

cement de l'axe ajustable 28.

Sur la figure 5, on voit en coupe le positionneur pneumatique 36 de la vanne 30 Celui-ci comporte essentiellement:

une chambre 65 d'admission du signal de commande 66 délimi-

tée par deux membranes 68 et entourée d'un équipage mobile

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et un ensemble clapet-tiroir 71 déflivrant la pression de commande 72 du servomoteur et alimenté par la pression

d'alimentation 75.

Généralement, le fonctionnement du positionneur consiste à équili-

brer la force de traction d'un ressort 80 (dit de contre-réaction) dont la longueur dépend de la position du clapet 50 avec la force exercée sur les membranes 68 par le signal de commande. Selon l'invention, il est conseillé, comme cela apparaît figure 5, de fixer bien entendu, une extrémité 81 du ressort 80 à l'équipage mobile 69 du positionneur 36, et l'autre extrémité 82 au levier moteur 5 du dispositif 1 par

l'intermédiaire d'un système d'accrochage 85.

De la sorte, l'action du positionneur est indépendante du niveau

ajusté du CD.

Bien entendu les possibilités d'application du procédé de l'inven-

tion ne se limitent pas au type de vanne décrite En particulier, il est possible d'adapter (sans transformation particulière) le dispositif 1 à une vanne du type de la vanne 30 dont le fonctionnement est du type fermant par manque d'air (contrairement à la vanne 30 qui est du type ouvrant par manque d'air); il suffit pour cela d'inverser la position par rapport au piston 34 et, éventuellement, de changer la résistance du ressort 39, de même à une vanne dont le positionneur 36 possède non

pas un ressort de contre-réaction 80 fonctionnant en exten-

sion mais, au contraire, en compression.

Plus généralement, on peut adapter ce dispositif 1 à tout système (en particulier de réglage d'un paramètre) dans lequel il est nécessaire de coupler mécaniquement, selon une démultiplication variable, un mouvement de translation et un mouvement de rotation

ou deux mouvements de translation.

L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemple détaillés, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des

termes des revendications ci-après.

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Claims (12)

REVENDICATIONS

1 Procédé de couplage mécanique, selon une démultiplication ajusta-

ble entre un premier mouvement de rotation (n) (dit moteur) autour d'un premier axe fixe ( 10) et un mouvement de translation (f 2) (dit récepteur), ledit procédé étant caractérisé en ce que: d'une part, on active ledit mouvement de translation (f 2)

récepteur en le couplant mécaniquement à un second mouve-

ment de rotation (r 2) (dit récepteur) autour d'un second axe fixe ( 21) et, d'autre part, on établit une corrélation cinématique ( 28) ajustable entre lesdits mouvements de rotation moteur (n) et

récepteur (r 2).

2 Procédé selon la revendication précédente selon lequel lesdits mouvements de rotation moteur et récepteur sont matérialisés par les mouvements de deux leviers (dits moteur et récepteur) en rotation coplanaire autour de deux axes parallèles d'articulation, ledit procédé étant caractérisé en ce que: l'on choisit de façon ajustable un point fixe (O) (dit de liaison) de l'un ( 15) au moins des deux dits leviers ( 5, 15) et l'on établit une liaison mécanique à un degré de liberté entre ledit point fixe (O) de l'un ( 15) desdits leviers et l'autre levier ( 5)

le choix dudit point fixe (O) déterminant le taux de démultiplica-

tion entre lesdits mouvements moteur ( 0) de rotation et récepteur

(f 2) de translation.

3 Procédé selon la revendication précédente permettant un ajuste-

ment continu de la démultiplication et caractérisé en ce que: après avoir choisi ledit point fixe (O) de liaison de l'un ( 15) des deux leviers ( 5, 15), on impose à celui-ci (au cours des mouvements des deux leviers) de suivre un chemin ( 25)

solidaire de l'autre levier ( 5).

4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes de

couplage mécanique selon une démultiplication adaptable entre deux mouvements (fl et f 2) de translation dits respectivement moteur et récepteur, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on commande ledit t, mouvement (rl) moteur de rotation en le couplant mécaniquement

audit mouvement (fl) moteur de translation.

Dispositif ( 1) de couplage mécanique à démultiplication ajustable entre un premier mouvement (rl)de rotation (dit moteur) autour d'un premier axe fixe ( 10) et un mouvement (f 2) de translation (dit récepteur), ce dispositif comportant: un premier levier ( 5) (dit moteur) en rotation autour dudit premier axe ( 10) pour matérialiser ledit premier mouvement (nr) de rotation moteur

un second levier ( 15) (dit récepteur) -

en rotation autour d'un second axe ( 21) parallèle au premier ( 10) et articulé avec une tige réceptrice ( 4) guidée de façon à transmettre et à matérialiser ledit mouvement de translation (f 2) récepteur, ledit dispositif étant caractérisé en ce que d'une part, son second axe ( 21) est fixe et, d'autre part, ses deux dits premier ( 5) et second ( 15) leviers sont accouplés par un moyen de liaison ( 28) solidaire d'au moins un point fixe ajustable de l'un ( 15) desdits leviers ( 5, 15) et déterminant un mouvement imposé à un degré de liberté entre ce dit point fixe (O) et l'autre levier ( 5), le choix dudit point fixe (O) déterminant le taux de démultiplication entre lesdits mouvements moteur (rl) de

rotation et récepteur (f 2) de translation.

6 Dispositif ( 1) selon la revendication 5 de couplage mécanique selon une démultiplication ajustable continûment, ledit dispositif étant caractérisé en ce que d'une part, chacun des deux dits leviers moteur ( 5) et récepteur ( 15) est muni d'une lumière longiligne ( 25, 26) et, d'autre part, le dispositif comporte un moyen de liaison constitué par un axe ( 28) ajustable de transmission du mouvement entre les deux dits leviers 5, 15), introduit pour ce faire dans la lumière longiligne ( 25, 26) de chacun d'eux et muni en outre d'un système de blocage ( 29) du type verrouillable-déverrouillable permettant de l'immobiliser dans une position déterminée (O) par rapport à la lumière ( 26) de l'un des deux leviers ( 5, 15), la lumière ( 25) de l'autre présentant une largeur égale à la section dudit axe ( 28) de transmission, de façon à ce que la partie libre dudit axe de transmission puisse coulisser sans jeu à l'intérieur et le long de cette

lumière ( 25).

7 Dispositif ( 1) de couplage mécanique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la lumière ( 25) de celui desdits leviers le long de laquelle coulisse librement ledit axe ( 28) de transmission

du mouvement est rectiligne.

8 Dispositif ( 1) selon la revendication 7, destiné à assurer une dé-

multiplication quasi linéaire entre lesdits mouvements moteur (ri, fi) et récepteur (r 2, f 2), ledit dispositif étant caractérisé en ce que les deux leviers moteur ( 5) et récepteur ( 15) sont droits et quasiment parallèles au cours

de leur mouvement.

9 Dispositif ( 1) de couplage mécanique selon l'une des revendica-

tions 5 à 8 de couplage mécanique selon une démultiplication

ajustable entre deux mouvements de translation dits respective-

ment moteur (fi) et récepteur (f 2), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une

tige ( 3) (dite motrice) guidée de façon à transmettre et à maté-

rialiser ledit mouvement (fi) de translation moteur, cette tige

étant articulée audit premier levier moteur ( 5).

Dispositif ( 1) selon les revendications 8 et 9 de couplage méca-

nique entre deux mouvements de translation (fi, f 2), dits moteur et récepteur, matérialisés par deux tiges guidées parallèles ( 3, 4), dites motrice et réceptrice, le dipositif étant caractérisé en ce que les deux dits leviers ( 5,

) sont tous deux disposés dans une direction quasi perpendicu-

laire (x-x') et (z-z') à celle du mouvement des deux dites tiges motrice ( 3) et réceptrice ( 4), de façon: à limiter l'encombrement du dispositif ( 1) et à obtenir une relation linéaire entre le mouvement (fi) de

la tige motrice et (f 2) de la tige réceptrice.

11 Dispositif ( 1) selon l'une des "ev 2ndicati O ns 6 à 9, caractérisé en ce que l'un au moins de ces deux dits leviers ( 5, 15) est muni d'une échelle graduée longiligne ( 60), face à laquelle se déplace un point de repère solidaire dudit axe ajustable ( 28) de transmission,

de façon à permettre un ajustage continu et étalonné de la démul-

tiplication du couplage.

12 Dispositif ( 1) selon les revendications 9 à 11, caractérisé en ce

que les axes ( 10, 21) de rotation de chacun de ces deux dits leviers moteur ( 5) et récepteur ( 15) sont situés au voisinage de

la tige réceptrice ( 4), de façon à accroître la gamme de démulti-

plication du dispositif ( 1).

13 Appareil ( 30) de réglage de l'amplitude d'un paramètre compor-

tant: un servomoteur ( 32) déplaçant en translation une tige motrice ( 3) guidée, et un moyen d'action ( 50) sur l'amplitude dudit paramètre activé par une tige réceptrice ( 4) guidée en translation, relié par un système ( 1) de couplage mécanique, ledit appareil de réglage étant caractérisé en ce que son dit dispositif de couplage ( 1) est du type de celui décrit dans l'une

des revendications 5 à 12.

14 Vanne ( 30) selon la revendication 13 de réglage du débit d'un

fluide, à coefficient de débit nominal ajustable continûment, com-

portant: un servomoteur ( 32) déplaçant en translation une tige motrice ( 3) guidée, et un clapet ( 50) de variation de la section de passage du fluide activé par une tige réceptrice ( 4) guidée en translation, ladite vanne ( 30) étant caractérisée en ce que son clapet ( 50) est relié cinématiquement à son servomoteur ( 32) par l'intermédiaire

d'un dispositif ( 1) de couplage selon l'une des revendications 5 à

12. 15 Vanne ( 30) de réglage selon la revendication 14, à coefficient de débit nominal ajustable continûment, munie d'un positionneur ( 36) destiné à assurer un asservissement entre un signal de commande et l'état du système d'obturation de la vanne, ce positionneur lié au châssis de la vanne étant destiné

à appréhender les mouvements du clapet ( 50) par l'intermé-

diaire de la tension d'un ressort ( 80) (dit de contre-réaction) dont il compare la tension à la force résultant de l'intégration du signal pneumatique sur un diaphragme ( 68) et à activer en conséquence le servomoteur ( 32), ladite vanne étant caractérisée en ce que le ressort ( 80) de contre-réaction de son positionneur ( 36) est lié par l'une de ses

extrémités ( 82) au levier moteur ( 5) dudit dispositif ( 1) de cou-

plage entre la tige motrice ( 3) et la tige réceptrice ( 4), afin que l'étalonnage du positionneur soit indépendant de l'ajustage du coefficient de débit nominal et de conserver la linéarité des actions

du positionneur ( 36) en fonction du signal de commande.