Le problème qui se pose est le suivant : une vanne se trouvant en position ouverte reçoit un signal de défaut qui peut intéresser la vitesse, la pression, la température, le débit dans la tuyauterie ou le circuit process avec détection par un capteur à seuil.
Nous l'avons résolu par plusieurs ensembles adaptés chacun aux conditions d'emploi et qui, d'une manière générale, se composent des éléments suivants :
- — une vanne adaptée aux performances demandées ;
- — un actionneur assurant le contrôle de la manœuvre dans le temps déterminé ainsi que le verrouillage mécanique en position de fermeture ;
- — un accumulateur d'énergie à déclenchement pyrotechnique.
Les principes mis en œuvre dans ces réalisations et leur application sont énumérés ci-après :
Stockage de l'énergie.
L'énergie nécessaire à l'actionnement de la vanne peut être stockée sous trois formes :
- — pour vannes de petits diamètres jusqu'à 700 mm environ : accumulation mécanique de l'énergie par compression d'un ressort ou de rondelles élastiques suivant l'effort à restituer selon deux dispositifs : actionneur simple effet DYN 21 et 31 (figure 1), actionneur simple effet DYN 61 et 101 (figure 2).
DYNACTAIR 31DYNACTAIR 21DYNACTO H 31DYNACTO H 21
[Photo : Figure 1 — Le piston (1), par l’intermédiaire de sa tige (2), entraîne la noix (3) en translation. La noix est guidée par les galets à aiguilles (4) roulant dans les deux rainures du carter, lesquels reprennent les efforts de réaction F1. Le mouvement de la noix (3) est transmis au mandrin (5). Les ressorts (7), (8), (9) et (10) ramènent le mécanisme à sa position d’origine lorsque la pression motrice s’annule. Dans la version DYNACTO H, la tige (2) est percée de façon à mettre l’intérieur du carter en communication avec l’orifice « drainage » du vérin.]
[Photo : Figure 2. — La came (1) liée au piston (3) par la tige (2) est entraînée en translation lors de l'admission de la pression du fluide moteur en P1. En se déplaçant, elle repousse les guignols (4) qui, par l'intermédiaire de la rondelle de répartition (5), compriment les rondelles élastiques (6). Lorsque la pression motrice s’annule, les rondelles restituent, en se détendant, l'énergie stockée et ramènent l'ensemble à sa position initiale.]
[Photo : Figure 3. — Schéma de fonctionnement d'un système de commande par dispositif pyrotechnique.]
Cet accumulateur est constitué par un empilage
de rondelles élastiques type « Belleville » permet-
tant d’obtenir un effort très important sur une cour-
se limitée. Cette solution a été préférée aux res-
sorts classiques à fil en raison de son encombre-
ment réduit pour les vannes à couple de manœu-
vre élevé.
— pour vannes de grands diamètres : accumulation
d'énergie par levée en position haute de masses
motrices (figure 3). Dans le cas où des problè-
mes d’encombrement empêchent la mise en place
des masses motrices ou lorsque le temps de ma-
noeuvre est très court, nous proposons un dispo-
sitif compact dans lequel l'énergie est stockée
dans une bouteille d'azote hermétique. Ce dispo-
sitif de stockage de l'énergie n’exige pas le
contrôle périodique de la charge d'azote.
Conservation de l’énergie.
L'énergie est conservée par un dispositif de rete-
nue mécanique avec point de rupture fragile calculé
pour casser en un point déterminé afin de libérer
l'énergie stockée le moment venu. Pour les systèmes
type DYN, il s'agit d'un boulon de retenue placé en
bout de tige côté cylindre ; pour les systèmes à mas-
se motrice il s'agit d'une goupille de cisaillement
fixée au corps de vanne et traversant le bras de le-
vier mobile ; pour les systèmes utilisant une bouteille
d'azote, un opercule soudé scelle l'orifice d’échap-
pement.
Dispositif pyrotechnique.
Le dispositif pyrotechnique a pour but de provo-
quer la libération de l'énergie accumulée par mise
à feu d'une cartouche explosive qui provoque la cas-
sure du dispositif mécanique de retenue.
Le système de mise à feu est électrique et com-
prend :
— un capteur à seuil pour détection du défaut,
— une armoire électrique avec tous les composants
électriques du dispositif pyrotechnique,
— le dispositif mécanique à rupture fragile épuisé
de la cartouche explosive ; après chaque utilisa-
tion, ce système doit être remplacé (le coût de
cette opération est mineur),
— les fils électriques de liaison ; il faut réduire le
plus possible la distance entre l'armoire électri-
que et les boulons ou pastilles de rupture explo-
sive.
Circuits électriques.
Ils comprennent :
— le circuit de détection : en temps normal, le
contact du capteur à seuil est fermé, ce qui per-
met le libre passage du courant (quelques milli-
ampères) vers l'armoire de contrôle ; une simple
pile de poche suffit pour l’alimentation de ce cir-
cuit.
— le dispositif de déclenchement provoquant la mise
à feu ; celle-ci intervient lors de l’ouverture du
circuit électrique de détection, provoquée par
manque de courant. Pour éviter toute coupure
accidentelle du circuit de détection, le câble de
liaison doit comporter une armature de protec-
tion.
— le circuit de mise à feu, qui est équipé de relais
tombant en position repos. Un courant transitoire
élevé (de l'ordre d'un ampère) est envoyé à la
cartouche explosive ; le câble de liaison est blin-
dé pour éviter toute formation de courant induit.
— des circuits tests ; trois circuits tests sont
prévus :
— un circuit de détection qui permet de vérifier
le fonctionnement du relais et qui court-circui-
te le contact du capteur à seuil,
— un circuit de mise à feu parcouru par un am-
pérage mille fois moindre que l'ampérage de
mise à feu (quelques milliampères), et qui
permet de vérifier la continuité électrique de
celui-ci,
— des circuits tests des piles : leur commande
se fait par bouton-poussoir séparé. Une diode
luminescente propre à chaque circuit test s'al-
lume au coffret électrique. La périodicité de
ces contrôles est en général de trois mois
(ces tests peuvent être réalisés par un per-
sonnel non qualifié en quelques minutes).
Manœuvre de la vanne.
Quand l’énergie est libérée, la manœuvre de la
vanne s'effectue avec contrôle hydraulique de la fer-
meture par régulateur de débit. Les temps de ma-
nœuvre sont fonction du cahier des charges.
Fermeture de la vanne.
Les actionneurs simple effet DYN ont une cinéma-
tique particulière qui délivre un couple de sortie
élevé au voisinage de la fermeture et se verrouille
mécaniquement en fin de course. De plus, au voisi-
nage de la fermeture, le mouvement du papillon est
plus lent, ce qui rend la diminution du débit régu-
lière et évite les surpressions dues aux coups de
bélier lors de la fermeture.
On obtient le même résultat avec les masses mo-
trices en combinant deux vitesses de fermeture, une
vitesse rapide sur 70° de la course et une vitesse
lente sur les derniers vingt degrés.
Le verrouillage est obtenu soit par la position des
masses en fin de fermeture : 15° sous l'horizontale,
soit avec les actionneurs double effet type ACTO H
combinés à la bouteille d'azote.
