FR2540194A1

FR2540194A1 - Verin a deplacement alternatif axial et a commande par fluide

Info

Publication number: FR2540194A1
Application number: FR8312968A
Authority: FR
Inventors: Marvin Richard Jones; Roland Mccauley Howard Jr
Original assignee: Koomey Blowout Preventers Inc
Current assignee: Koomey Blowout Preventers Inc
Priority date: 1983-01-31
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1984-08-03
Also published as: JPS59144807A; NO156259B; GB2134983A; GB8315502D0; DE3400485C2; JPS6245407U; NO833536L; FR2540194B1; MX159386A; JPS634801Y2; DE3400485A1; GB2134983B; NO156259C; CA1197182A

Abstract

Il comporte un cylindre, une tige 18, un ensemble de piston pouvant se déplacer axialement dans les deux sens à l'intérieur du cylindre, des moyens permettant d'envoyer du fluide au piston et d'évacuer ce fluide, des éléments de blocage 26 portés sur la tige, des moyens pour transmettre aux éléments de blocage 26 et à la tige 18, une composante axiale relativement grande de la force dirigée axialement vers l'intérieur due à l'envoi du fluide de commande sur le côté extérieur du piston dans le but de déplacer la tige axialement vers l'intérieur avec les éléments de blocage jusqu'à ce que les surfaces coniques 27 des éléments de blocage se trouvent radialement en vis-à-vis de l'épaulement 25 du cylindre, et transmettre ensuite aux éléments de blocage une composante radiale relativement grande de cette force dans le but d'amener les éléments de blocage à se déplacer radialement vers l'extérieur par rapport à la tige. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

VERIN A DEPLACEMENT ALTERNATIF AXIAL

ET A COMMANDE PAR FLUIDE

La présente invention concerne de façon générale un vérin à commande par fluide, ayant une tige s'étendant d'une

extrémité intérieure de son cylindre pour se déplacer axiale-

ment dans les deux sens entre une position intérieure et une position extérieure en réponse à l'envoi d'un fluide de commande respectivement sur les côtés extérieur et intérieur d'un piston à l'intérieur du cylindre et à l'évacuation de ce fluide de commande respectivement des c 8 tés intérieur et extérieur de ce piston De façon plus particulière, cette invention concerne des améliorations à des vérins de ce type, dans lesquels la tige est verrouillée de manière à ne pas pouvoir revenir à sa position extérieure automatiquement en réponse à son déplacement à sa position intérieure, grâce à quoi le fluide de commande peut être évacué du côté extérieur du piston, après quoi la tige peut être déverrouillée pour revenir automatiquement en réponse à l'inversion bout pour bout de l'envoi du fluide de commande sur un côté du piston

et de l'évacuation de ce fluide du côté opposé du piston.

Sous l'un de ses aspects, le vérin de cette invention convient bien pour déplacer les mâchoires d'une vanne d'éruption entre des positions ouverte et fermée, notamment lorsque la vanne

est immergée ou se trouve à tout autre endroit éloigné.

Dans le fonctionnement d'une vanne d'éruption, une mâ-

choire se déplace normalement vers l'intérieur dans l'alésage du carter de la vanne avant que l'autre mâchoire se déplace vers l'intérieur Afin d'assurer une coopération d'étanchéité absolue entre les faces antérieures des mâchoires, et autour d'un tube qui peut se trouver dans l'alésage, la première mâchoire peut se déplacer au-delà de la position qu'elle occuperait si les deux mâchoires se déplaçaient simultanément vers l'intérieur pour venir en prise l'une avec l'autre sur l'axe de l'alésage du carter En outre, comme la garniture sur la face antérieure d'une mâchoire ou des deux s'use,

il peut être nécessaire de déplacer les mâchoires vers l'inté-

rieur sur des distances supplémentaires pour compenser cette usure, ce qui exige des réglages du système de commande et/ou des butées pour limiter le déplacement des mâchoires vers l'intérieur. Sur la page 1432 de l'édition 1980-81 du "Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services", on voit un système de commande de mâchoires, dans lequel les mâchoires peuvent être verrouillées en position fermée par un élément de blocage en forme de coin disposé pour coulisser latéralement sur une surface complémentaire sur l'extrémité extérieure

de la tige de commande de la mâchoire en réponse à l'applica-

tion d'un fluide de commande sur le côté extérieur d'un piston sur l'élément de blocage Ces surfaces de blocage font, avec un plan perpendiculaire à l'axe de la tige, un angle inférieur à l'angle de frottement, de sorte que l'élément de blocage reste en position de verrouillage lors de l'évacuation du fluide de commande du c 8 té extérieur du piston, et ceci en dépit des forces tendant à ouvrir les mâchoires et que, par ailleurs, il compense automatiquement l'usure des garnitures en glissant plus loin sur l'extrémité de la tige Outre le fait qu'il n'est pas automatique dans ce sens qu'il exige la manipulation de commandes appropriées selon une séquence correcte en liaison avec l'ouverture et la fermeture des mâchoires, ce dispositif est ainsi réalisé que, lorsque le fluide de commande est évacué, il peut se développer des trajets de charge sous l'action de forces externes sur la tige, lesquels trajets comportent des éléments non chargés et qu'il en résulte que les mâchoires peuvent se dégager

de trop de leurs positions fermées.

Le brevet US N O 3 242 826 montre un dispositif dans lequel des éléments de blocage portés par la tige de commande d'une mâchoire de vanne d'éruption ou de tout autre élément de valve se déplacent avec la tige en coopération de verrouilla

ge avec un épaulement de blocage dans un cylindre automatique-

ment en réponse à l'envoi d'un fluide de commande sur le c 8 té extérieur d'un piston pour amener la mâchoire en position fermée Les éléments de blocage sont coincés vers l'extérieur et maintenus en position de verrouillage au moyen d'un anneau ou d'un macnchon de blocage porté sur un piston intérieur coulissant sur la tige et à l'intérieur d'un piston extérieur porté sur la tige L'anneau a ainsi une surface cylinrique

extérieure pouvant coulisser à l'intérieur de surfaces cylin-

driques intérieures des éléments de blocage de façon que le fluide de commande puisse être évacué du c 8 té extérieur des moyens de piston Le fluide de commande peut alors être envoyé sur le c 8 té intérieur du piston pour déplacer l'anneau de blocage vers l'extérieur en le dégageant de l'intérieur des éléments de blocage, et permettre ainsi à ces derniers

d'être retirés de leur position de verrouillage avec la tige.

Le brevet US 4 304 565 montre un dispositif de ce dernier type dans lequel les surfaces de blocage entre les côtés intérieurs des éléments de blocage et le c 8 té extérieur du

manchon de blocage font avec l'axe de la tige un angle infé-

rieur à l'angle de frottement de façon à maintenir la tige dans sa position intérieure, tout en permettant néanmoins aux éléments de blocage de coulisser vers l'intérieur et vers l'extérieur sur l'épaulement de blocage du cylindre jusqu'à une variété de positions de verrouillage, fonction de la distance dont la tige se déplace vers l'intérieur et

donc indépendamment de l'usure de la garniture des mâchoires.

Du fait que les surfaces de blocage entre les éléments de blocage et le manchon de blocage du dispositif décrit en dernier font, avec l'axe de la tige un tel petit angle transmet aux éléments de blocage une composante radiale relativement

importante de la force due à l'application du fluide de comman-

de sur le c 8 té extérieur du piston, lorsque ces éléments sont déplacés avec la tige de leur position extérieure à

leur position intérieure On a donc pensé qu'il était néces-

saire de réduire cette force agissant sur les éléments de

blocage et, de ce fait, la résistance de frottement des élé-

ments de blocage sur le diamètre intérieur du cylindre lors du déplacement vers l'intérieur avec le piston et la tige on a proposé dans ce but un agencement de pistons en liaison avec le cylindre, comportant un piston annulaire extérieur sur la manchon de blocage ayant en coupe transversale une surface relativement faible pour déplacer les éléments de blocage axialement vers l'intérieur, et un piston intérieur coulissant de façon étanche dans le piston extérieur et ayant en coupe transversale une surface relativement importante

pour déplacer la tige vers l'intérieur De façon plus particu-

lière, les éléments de blocage sont portés par une cage autour de la tige de telle sorte que, si les éléments de blocage agissent comme un frein lorsqu'ils coulissent sur le diamètre

intérieur du cylindre, la tige transmettra, par l'intermédiai-

re de la cage, la force due au grand piston dans la mesure o c'est nécessaire pour déplacer les éléments de blocage vers l'intérieur le long du diamètre du cylindre et, dans

une position opposée, à l'épaulement de blocage.

Du fait de sa réalisation complexe, le vérin du brevet US N O 4 304 565 ne convient pas à l'utilisation dans une vanne d'éruption du type représenté dans la demande US en

insitance N O 337 383 et intitulée "Vannes à commande hydrau-

lique" Ainsi, comme on le voit et comme il est décrit ici, la tige de commande de la mâchoire est creuse et s'étend à travers l'extrémité extérieure du cylindre dans une chambre dans son chapeau de façon à équilibrer pratiquement les forces agissant dans des directions opposées sur les extrémités opposées de la tige et à réduire ainsi la force nécessaire pour amner les mâchoires en position fermée Il faudrait s'attendre à de grandes difficultés si l'on désirait loger

cet agencement de double piston dans l'espace annulaire relati-

vement petit entre la tige creuse et le diamètre intérieur

du cylindre.

C'est en conséquence un but de cette invention de procurer un vérin de ce dernier type qui puisse être commandé pour déplacer la tige et les éléments de blocage axialement vers l'intérieur en une variété de positions de verrouillage,

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mais qui soit de construction relativement simple et qui ne provoque pas une résistance de frottement excessive entre les éléments de blocage et le diamètre intérieur du cylindre

du vérin.

C'est un but plus particulier de cette invention de procu- rer un tel dispositif qui soit bien adapté pour Etre disposé à l'intérieur d'un espace annulaire autour d'une tige de commande creuse dont l'extrémité extérieure s'étend dans

une chambre d'équilibrage.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des-

cription détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seule-

ment, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel des repères numériques identiques sont constamment utilisés pour désigner des parties identiques et sur lequel: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une vanne d'éruption ayant des mâchoires commandées par des vérins

selon la présente invention, la mâchoire droite étant représen-

tée dans sa position intérieure dans laquelle elle s'appli-

que sur un tube dans l'alésage du carter de la vanne et la mâchoire gauche étant représentée dans sa position rétractée; la figure 2 est une vue en coupe verticale, à grande échelle, de la moitié supérieure du vérin de la mâchoire droite, mais avec la tige dans sa position extérieure pour rétracter la mâchoire en position ouverte; la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, mais après déplacement vers l'inétrieur de la tige et des éléments de blocage du vérin jusqu'à une position dans laquelle les

éléments de blocage sont coincés vers l'extérieur sur l'épaule-

ment de blocage du cylindre lorsque la mâchoire est déplacée vers sa position fermée; la figure 4 est une autre vue similaire à la figure 3, mais après un plus grand déplacement vers l'intérieur de la tige jusqu'à sa position intérieure extrême pour coincer

davantage les éléments de blocage vers l'extérieur sur l'épau-

lement de blocage lorsque la mâchoire est déplacée plus loin vers l'intérieur jusqu'à la position fermée de la figure 1; et la figure 5 est une vue en coupe transversale de la moitié supérieure du vérin, vue selon la ligne en tirets -5 de la figure 4.

On se reporte maintenant aux détails du dessin, et notam-

ment à la figure 1; la vanne d'éruption, qui y est représentée et qui est repérée dans son ensemble en 10, comprend un carter 11, ayant un alésage vertical 12 et agencé pour être installé de la manière habituelle sur une tête de puits, qui peut être sous l'eau Un tube P, traversant l'alésage 12, peut être une garniture de forage s'étendant de la surface de l'eau dans l'alésage du puits et ayant un outil à son extrémité

inférieure pour forer le puits Dans ce but, on fait habituel-

lement circuler de la boue de forage vers le bas à travers le tube, hors de l'outil, puis vers le haut dans l'espace

annulaire entre le tube et l'alésage 12.

Des mâchoires RR er RL sont montées dans des chambres 13 dans le carter, ces chambres coupant des côtés opposés de l'alésage 12; les mâchoires peuvent s'y déplacer entre des positions extérieures pour ouvrir l'alésage (voir la

mâchoire gauche RL) et des positions intérieures dans lesquel-

les elles sont en prise l'une avec l'autre et avec le tube P (voir la mâchoire droite RR) pour fermer l'alésage L'une des mâchoires se déplace normalement vers l'intérieur avant l'autre jusqu'à une position qui est limitée, soit par la venue en prise de la mâchoire avec un tube dans l'alésage,

comme sur la figure 1, soit par une butée, soit par la coopé-

ration de pièces du système de commande, comme il sera décrit

plus loin Lorsque les deux mâchoires sont amenées à la posi-

tion fermée, elles assurent une étanchéité entre elles et les chambres du carter pour maintenir la pression dans le

puits, comme il sera également décrit ci-après.

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Comme on le voit, la face antérieure de chaque mâchoire présente un évidement vertical pour se loger autour du tube P lorsqu'elle est appliquée sur lui, et une garniture 14 s'étend latéralement en travers de cette face antérieure de sorte que, lorsque les deux mâchoires sont amenées en position fermée, les garnitures s'appliquent de façon étanche contre le tube ainsi que l'une contre l'autre des deux côtés

du tube Comme il est bien connu dans la technique, une garni-

ture supplémentaire le long des côtés de chaque mâchoire raccorde la garniture de la face antérieure de la mâchoire à une garniture supérieure 15 de façon à assurer une étanchéité continue des mâchoires entre elles et avec les chambres 13 lorsque les mâchoires sont fermées Toutefois, comme il est bien connu dans la technique, les mâchoires peuvent être des mâchoires "pleines" pour fermer l'alésage lorsqu'il est vide. Comme on le voit également sur la figure 1, une gorge 16 est formée dans le côté inférieur de chaque mâchoire pour raccorder l'alésage 12 avec la chambre 13 en arrière d'elle; grâce à cette disposition, le fluide du puits peut agir sur des portions des extrémités extérieures des mâchoires fermées pour augmenter la force du système de commande maintenant les mâchoires en étroite coopération d'étanchéité l'une avec l'autre et avec le tube P Comme on le voit également dans la demande de brevet US précitée, chaque mâchoire est déplacée entre des positions ouverte et fermée, par une tige de commande

18 pouvant se déplacer axialement dans les deux sens à l'inté-

rieur d'un cylindre C dans le carter à l'extérieur de la chambre de mâchoire De façon plus particulière, un passage 17 est formé dans chaque mâchoire et raccorde la chambre 13 en arrière de la mâchoire à son côté supérieur au-dessus de la garniture 14; l'extrémité intérieure de la tige de contrôle est reliée avec une certaine course libre à la tige qui permet à une tête de soupape 19 portée par elle d'ouvrir et de fermer l'extrémité extérieure du passage Ainsi, lorsque la mâchoire est déplacée vers l'intérieur avec la tige jusqu'à sa position fermée, une surface sur l'extrémité intérieure de la tête de soupape vient s'appliquer sur un siège sur l'arrière de la mâchoire entourant le passage de façon à fermer ce dernier et à permettre ainsi au fluide du puits d'augmenter la force du système de commande pour maintenir les mâchoires fermées Toutefois, lorsque la tige de commande est rétractée, ou déplacée vers l'extérieur, pour ramener les mâchoires en position ouverte, le fluide passe du puits à l'intérieur de la chambre, en arrière de la mâchoire fermée

jusqu'à l'espace annulaire de l'alésage 12 au-dessus des mâchoi-

res fermées.

Le système de commande de chaque mâchoire comporte un ensemble de pistons 24 porté par la tige de commande et pouvant se déplacer axialement dans les deux sens à l'intérieur du cylindre C afin de déplacer la tige dans les deux sens et déplacer ainsi les mâchoires entre des positions fermées et ouvertes en réponse à l'envoi du fluide de commande sur un c 8 té de l'ensemble de pistons et de l'évacuation simultanée de ce fluide du c 8 té opposé à cet ensemble de piston Le

fluide peut arriver par un orifice Pl se raccordant à l'extré-

mité extérieure du cylindre et être évacué par un orifice P 2 se raccordant à l'extrémité intérieure dans le but de fermer la mâchoire; il peut, alternativement, arriver par l'orifice intérieur et âtre évacué par l'orifice extérieur

pour ouvrir la mâchoire.

De façon plus particulière, et à nouveau comme il est décrit complètement dans la demande de brevet US précité, l'extrémité extérieure de chaque tige 18 s'étend de façon étanche à travers l'extrémité extérieure du cylindre et dans une chambre d'équilibrage 21 dans le carter à l'extérieur du cylindre C et un trou traversant 20 raccorde l'extrémité intérieure de la tige à l'intérieur d'une zone d'appui de la tête de soupape 19 à la chambre d'équilibrage 21 Ainsi, comme on le voit, l'extrémité intérieure de chaque tige s'étend à travers une bague d'étanchéité 22 dans une ouverture du carter raccordant chaque chambre 13 au cylindre C du système de commande, et l'extrémité extérieure de la tige s'étend à travers une bague d'étanchéité 22 A dans une ouverture du

carter raccordant le cylindre à la chambre d'équilibrage.

En supposant que les surfaces en coupe transversale de la tige de contr 8 le s'étendant à travers les bagues d'étanchéité 22 et 22 A soient sensiblement égales, les forces dues à la pression du fluide agissant sur les extrémités opposées des

tiges sont à tout instant pratiquement équilibrées.

Comme mentionné précédemment, l'ensemble de pistons 24 comporte un piston annulaire 30 autour de la tige 18, équipé d'une bague d'étanchéité intérieure 30 A coulissant

de façon étanche sur la tige et une bague d'étanchéité exté-

rieure 30 B coulissant de façon étanche dans le diamètre inté-

rieur du cylindre Comme on le voit, et comme on l'a déjà décrit antérieurement, le diamètre intérieur du piston 30, et de ce fait le diamètre extérieur de la partie intermédiaire de la tige sur laquelle le piston coulisse de façon étanche,

est plus grand que le diamètre extérieur des extrémités inté-

rieure et extérieure de la tige En conséquence, l'ensemble de piston comporte également une zone de pistons sur la tige à l'intérieur du piston annulaire qui est sensible au fluide

de commande pour procurer une force servant à déplacer axia-

lement la tige.

Le carter de la vanne comporte un corps principal 1 l A dans lequel sont formés l'alésage 12 et, de part et d'autre de celui-ci, les extrémités intérieures des chambres 13, et des chapeaux 11 B dans lesquels sont formées les extrémités extérieures des chambres, les cylindres C et les chambres 21 Les chapeaux sont articulés ou montés de toute autre façon sur le corps principal pour permettre de les déplacer entre les positions fermées représentées sur la figure 1 et des positions ouvertes dans lesquelles on peut enlever

les mâchoires et les remplacer par rapport aux tiges de comman-

de.

Un épaulement conique 25 formé dans le cylindre au voisi-

nage de son extrémité intérieure s'étend vers l'extérieur à partir du diamètre intérieur du cylindre en direction de son extrémité intérieure Une série d'éléments de blocage 26 circonférentiellement espacés est portée sur la tige; ils peuvent sortir et se rétracter radialement entre les positions intérieures représentées sur la figure 2 dans les-

quelles ils sont libres de se déplacer dans le diamètre inté-

rieur du cylindre, et des positions extérieures, telles que représentées sur chacune des figures 3 et 4, dans lesquelles

une surface conique 27 sur chaque élément de blocage, pratique-

ment complémentaire de l'épaulement 25 du cylindre, est dispo-

sée radialement à l'extérieur du diamètre intérieur du cylindre pour glisser le long de cet épaulement et venir en position de verrouillage ou s'en dégager De façon plus particulière, les éléments de blocage sont portés autour de la tige entre la butée annulaire intérieure 28 entourant la tige et le

piston 30; à son tour, le piston 30 peut être déplacé axiale-

ment dans les deux sens le long de la tige entre les éléments de blocage et une butée annulaire extérieure 31 entourant

la tige.

Un anneau de blocage 29 s'étend vers l'intérieur depuis le piston 30 pour transmettre la force due à l'envoi du fluide hydraulique sur le côté extérieur du piston aux éléments de blocage, et de ce fait à la butée 28, de façon à déplacer la tige et les éléments de blocage vers l'intérieur à partir de la position de la figure 2 lorsque les éléments de blocage 26 atteignent des positions en vis-à-vis de l'épaulement

, l'anneau de blocage commence à les repousser vers l'exté-

rieur et amène leurs surfaces extérieures 27 à glisser le long de l'épaulement lorsque la tige continue à se déplacer vers l'intérieur avec les éléments de blocage Cependant, lorsque le fluide de commande est envoyé sur le côté intérieur du piston 30, l'anneau 29 est déplacé avec le piston 30 vers l'extérieur le long de la tige pour libérer les éléments de blocage de façon qu'ils puissent se déplacer radialement vers l'intérieur; le piston attaque alors la butée extérieure 31 pour transmettre à la tige la force due au fluide afin de déplacer la tige avec le piston vers sa position extérieure, les surfaces 27 des éléments de blocage coincés entre la butée intérieure 28 et la surface de verrouillage 25 étant ramenées à leurs positions intérieures Bien entendu, dans les deux cas -c'est-à-dire que la tige se déplace vers l'inté- rieur ou vers l'extérieur la force due à l'action du fluide hydraulique sur le piston 30 est renforcée par la force due

à l'action de ce fluide sur la zone de piston de la tige.

La mâchoire étant rétractée en position ouverte, et la tige de commande 18 se trouvant ainsi dans sa position extérieure, comme on le voit sur la figure 2, le piston 30 coopère avec la butée extérieure 31 et les éléments de blocage

26 sont rétractés radialement vers l'intérieur dans des posi-

tions proches de la tige, ce qui leur permet de se déplacer axialement dans le diamètre intérieur du cylindre A ce moment, les extrémités intérieures 34 A des éléments de blocage sont adjacentes à une surface pratiquement complémentaire 34 sur le côté extérieur de la butée 28, et une surface conique 32 sur l'extrémité intérieure de l'anneau de blocage est adjacente à des surfaces pratiquements complémentaires 33

sur les coins intérieurs des extrémités extérieures des élé-

ments de blocage 26 Ainsi, lorsque le piston 30 commence

à se déplacer vers l'intérieur à partir de la position repré-

sentée sur la figure 2, la force dirigée vers l'intérieur due au fluide de commande agissant par son c 8 té extérieur sur le piston est transmise à la butée et de ce fait à la tige par l'intermédiaire des surfaces 32 et 33 Comme on le voit, ces surfaces font avec l'axe de la tige un angle relativement grand de façon à transmettre une composante

axiale relativement grande, mais une composante radiale relati-

vement faible de cette force aux éléments de blocage lorsqu'ils se déplacent axialement vers l'intérieur dans le diamètre intérieur du cylindre; Ainsi, bien que les éléments de blocage

puissent être repoussés radialement vers l'extérieur en coopé-

ration dans une certaine mesure avec le diamètre intérieur du cylindre, il y aura un minimum de résistance de frottement entre eux et le diamètre intérieur du cylindre, et ainsi

un minimum de résistance au déplacement de la tige vers l'inté-

rieur. Lorsque les éléments de blocage arrivent dans la position représentée sur la figure 3 et que leurs surfaces de blocage 27 se trouvent en vis-à-vis de l'épaulement 25 sur l'extrémité intérieure du cylindre, la composante radiale relativement faible de la force la déplace radialement vers l'extérieur et la fait commencer à glisser le long de l'épaulement 25 De préférence et comme on le voit, le côté extérieur 34 et les surfaces complémentaires 34 A sur les extrémités intérieures des éléments de blocage sont coniques et s'étendent vers l'intérieur et vers l'extérieur, sous un angle relativement abrupt, par rapport à l'axe de la tige, de façon à faciliter le glissement des éléments de blocage radialement vers l'extérieur en positon de verrouillage ainsi que radialement vers l'intérieur hors

de cette position de verrouillage.

Lorsque les éléments de blocage se déplacent radialement

vers l'extérieur d'une première distance, les premières surfa-

ces 33 sur eux se dégagent de la surface 32 sur l'extrémité intérieure du manchon 29, et permettent ainsi à une surface sur l'intérieur de chaque élément de blocage de passer sur une deuxième surface pratiquement complémentaire 35 A sur l'extérieur du manchon 29 De façon plus particulière, ces deuxièmes surfaces 35 coupent les surfaces 33 aux coins

des éléments de blocage et s'étendent également vers l'exté-

rieur et vers l'arrière par rapport à l'axe de la tige de

façon à continuer à repousser les éléments de blocage radiale-

ment vers l'extérieur et axialement vers l'intérieur pour

les faire glisser sur l'épaulement de blocage 25 lorsque -

la tige 18 continue à se déplacer vers l'intérieur Toutefois, l'angle que ces deuxièmes surfaces 35 et 35 A font avec l'axe de la tige est relativement faible de sorte que, à ce stade,

les éléments de blocage sont déplacés radialement vers l'ex-

térieur par une composante radiale relativement grande de

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(erce due à l'action du fluide de commande sur le c 3 té exté-

rieur du piston 30 Comme décrit précédemment, la distance dont les éléments de blocage sont déplacés radialement vers l'extérieur et vers l'intérieur, lorsque leurs surfaces de blocage 27 glissent sur l'épaulement de blocage 25 et les surfaces coniques sur leurs extrémités intérieures glissent sur la surface conique 34 sur le côté intérieur de la butée

28, est déterminée par la distance dont la tige doit se dépla-

cer vers l'intérieur en fermant la mâchoire.

Comme il a été décrit précédemment, lorsque les mâchoires ont été ainsi amenées en position fermée, les éléments de

blocage les verrouillent en les empêchant de revenir en arriè-

re de sorte que l'on peut évacuer le fluide de commande du côté extérieur du piston 30, soulageant ainsi tout le système de commande aussi longtemps que les mâchoires doivent être maintenues fermées Dans ce but, la surface de blocage du manchon 29 comporte de préférence une série de doigts 29 A circonférentiellement espacés qui, lorsque leurs surfaces extérieures 35 A glissent à l'intérieur des surfaces 35 sur l'intérieur des éléments de blocage, sont appliqués fortement

en coopération de frottement avec la tige Ainsi, une résistan-

ce de frottement s'oppose au déplacement vers l'extérieur de la tige, non seulement le long des surfaces 35 et 35 A, mais aussi le long des diamètres intérieurs des doigts et

de la tige.

La description ci-dessus permettra à un spécialiste

de choisir les angles que les diverses surfaces des éléments de blocage font l'une par rapport à l'autre Ainsi, afin d'assurer le dégagement des éléments de blocage, l'angle formé entre les surfaces 27 et les surfaces 34 A doit être au moins sensiblement égal à la somme de leurs angles de frottement respectif maximaux attendus Par ailleurs, afin d'assurer le maintien d'un verrouillage fiable pendant le temps que les doigts occupent une position bloquant les élé-

ments de blocage, l'angle formé entre les surfaces 35 A et l'axe de la tige ne doit pas excéder la somme de l'angle de frottement minimal attendu entre les doigts et les éléments de blocage et de l'angle de frottement minimal attendu entre

les doigts et la tige A titre d'exemple cependant, les surfa-

ces 35 peuvent faire un angle d'environ 100 et les surfaces 34 A un angle d'environ 600 avec l'axe de la tige Ainsi, les surfaces de blocage 27 faisant un angle d'environ 150 avec cet axe, elles forment avec les surfaces 34 A un angle inclus d'environ 450 pour repousser les éléments de blocage

de leurs positions extérieures à leurs positions intérieures.

Des boulons 36 guident les éléments de blocage pour limi -

ter leur éloignement de la tige, ils sont vissés dans la tige et s'étendent à travers des trous dans les éléments de blocage Les extrémités extérieures des boulons sont des têtes plus grandes logées dans des contre-alésages formés sur les extrémités extérieures des trous pour retenir les

éléments de blocage sur les tiges Afin de permettre au man-

chon de guidage 29 de se déplacer jusqu'à sa position la plus à l'intérieur dans les éléments de blocage 26, les fentes entre les doigts sont maintenues alignées avec les boulons au moyen de broches 37 montées dans la tige entre des doigts adjacents Bien entendu, une seule broche peut suffire. Lorsqu'on doit déplacer les mâchoires en position ouverte, on envoie du fluide de commande sur les côtés intérieurs du piston 30 et on l'évacue de son côté extérieur de façon à déplacer le piston vers l'extérieur sur la tige jusqu'à ce que la surface 35 A du manchon 29 soit dégagée des surfaces sur l'intérieur des éléments de blocage Lorsque le piston

continue à se déplacer vers l'extérieur, son extrémité exté-

rieure vient en prise avec la face intérieure de la butée extérieure 31 pour transmettre à la tige une force qui s'ajoute à celle agissant sur la surface de piston de la tige pour déplacer cette dernière vers l'extérieur avec le piston et

faire ainsi glisser les surfaces de blocage 27 sur l'épaule-

ment de blocage 25 du cylindre en les ramenant dans les posi-

tions rétractées représentées sur la figure 2 Autrement dit, lorsque les surfaces 35 A du manchon 29 glissent d'entre

les éléments de blocage, ces derniers sont libres de se dépla-

cer radialement vers l'intérieur et donc de revenir complète-

ment dans une position dans laquelle ils sont libres de se déplacer axialement vers l'extérieur dans le cylindre C, lorsque les surfaces 33 glissent radialement vers l'intérieur le long de la surface 32 tandis que la tige continue à être déplacée vers l'extérieur Ce déplacement vers l'extérieur continuera bien entendu jusqu'à ce que la butée 31 vienne en prise avec l'extrémité extérieure du cylindre, auquel instant les mâchoires auront été ramenées dans leurs positions

ouvertes de la figure 1.

Comme on le voit, un ressort hélicoïdal 38 est disposé autour de la butée extérieure et à l'intérieur d'un évidement

annulaire sur le c 8 té extérieur 24 du piston de façon à repous-

ser élastiquement le piston vers l'intérieur par rapport à la butée Ceci peut 8 tre souhaitable si le piston a quelque tendance à coller sur la tige, ou sur le diamètre intérieur du cylindre, ou s'il est empêché de toute autre façon de se déplacer librement axialement vers l'intérieur pour déplacer la tige vers l'intérieur et les éléments de blocage en position

de verrouillage.

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Claims

REVENDICATIONS

1 Vérin à déplacement alternatif axial et à commande par fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre (C) avec un épaulement de blocage conique ( 25) s'étendant radialement vers l'extérieur depuis son diamètre intérieur et axialement vers l'extrémité intérieure du cylindre, une tige ( 18) s'étendant de façon étanche à travers l'extrémité intérieure du cylindre pour s'y déplacer axialement dans les deux sens entre des positions intérieure et extérieure, un ensemble de piston pouvant se déplacer axialement dans les deux sens à l'intérieur du cylindre, des moyens permettant d'envoyer du fluide de commande sur un côté ou sur l'autre de l'ensemble de piston et d'évacuer ce fluide du c 8 té opposé dudit ensemble de piston, des éléments de blocage ( 26) portés sur la tige pour s'en écarter et s'en rapprocher radialement entre des positions intérieures dans lesquelles ils peuvent se déplacer librement à l'intérieur du diamètre intérieur du cylindre et des positions extérieures dans lesquelles des surfaces coniques ( 27) sur leurs c 8 tés extérieurs, qui sont sensiblement complémentaires de l'épaulement conique ( 25) du cylindre,se projettent à l'extérieur de ce diamètre, des moyens pour transmettre aux éléments de blocage ( 26)

et de ce fait à la tige ( 18), une composante axiale relative-

ment grande de la force dirigée axialement vers l'intérieur due à l'envoi du fluide de commande sur le c 8 té extérieur

de l'ensemble de piston dans le but de déplacer la tige axia-

lèment vers l'intérieur avec les éléments de blocage jusqu'à ce que les surfaces coniques ( 27) des éléments de blocage se trouvent radialement en vis-à-vis de l'épaulement ( 25)

du cylindre, et pour transmettre ensuite aux éléments de bloca-

ge, et ainsi à la tige, une composante radiale relativement grande de cette force dans le but d'amener les éléments de blocage à se déplacer radialement vers l'extérieur par rapport à la tige, ainsi que les surfaces coniques ( 27) de ces éléments à glisser radialement vers l'extérieur le long de l'épaulement

( 25) du cylindre lorsque la tige continue à se déplacer axîa-

lement vers l'intérieur avec les éléments de blocage jusqu'à sa position intérieure, cette tige étant verrouillée et ne pouvant revenir en arrière de sa position intérieure à sa position extérieure lors de l'évacuation du fluide de comman- de du côté extérieur de l'ensemble de piston, et des moyens pour transmettre à la tige la force dirigée axialement vers l'extérieur due à l'envoi du fluide de commande sur le côté intérieur de l'ensemble de piston et pour amener les éléments

de blocage à glisser radialement vers l'intérieur sur l'épaule-

ment ( 25) et ensuite axialement vers l'extérieur avec la

tige lorsque la tige est ramenée à sa position extérieure.

2 Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de piston ( 24) comprend un piston annulaire ( 30) entourant la tige ( 18), que les éléments de blocage ( 26) sont portés autour de la tige sur le c 8 té intérieur du piston, qu'il y a une butée ( 28) sur la tige sur le côté intérieur des éléments de blocage, que le piston porte un anneau de blocage ( 29), qu'il y a des moyens sur l'anneau de blocage et sur les éléments de blocage pour transmettre aux éléments de blocage, et ainsi à la tige, les composantes axiale et radiale relativement grandes de la force dirigée axialement vers l'intérieur due au fluide de commande, et qu'il y a une autre butée ( 31) sur la tige à l'extérieur du piston ( 30) pour transmettre à la tige la force dirigée

axialement vers l'extérieur.

3 Vérin selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau de blocage ( 29) sur le piston ( 30) a une première surface ( 33) qui l'entoure, laquelle peut coopérer avec des premières surfaces ( 32) sensiblement complémentaires sur les éléments de blocage afin de déplacer ces derniers contre la butée intérieure ( 28) sur la tige et déplacer ainsi la tige axialement vers l'intérieur avec les éléments de blocage,

et peut ensuite glisser sur ces premières surfaces complémen-

taires pour repousser les premiers éléments de blocage radiale-

ment vers l'extérieur par rapport à la tige pour glisser

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sur l'épaulement ( 25) du cylindre lorsque la tige et les éléments de blocage continuent à se déplacer axialement vers l'intérieur en réponse à l'envoi du fluide de commande sur le côté extérieur du piston, et à une deuxième surface ( 35 A) qui l'entoure, laquelle peut glisser sur des deuxièmes surfa- ces ( 35) sensiblement complémentaires sur les éléments de

blocage, lorsque la première surface ( 33) se dégage des premiè-

res surfaces ( 32) des éléments de blocage ( 26), afin de conti-

nuer à repousser les éléments de blocage radialement vers l'extérieur pour glisser plus loin sur l'épaulement ( 25)

du cylindre lorsque la tige et les éléments de blocage conti-

nuent à se déplacer axialement vers l'intérieur et jusqu'à ce que la tige atteigne sa position intérieure, en réponse à l'envoi continu de fluide de commande sur le côté extérieur du piston, ces premières surfaces ( 32, 33) faisant avec l'axe de la tige un angle relativement grand, et ces deuxièmes surfaces ( 35, 35 A) faisant avec cet axe un angle relativement petit, la tige étant verrouillée pour ne pouvoir revenir en arrière de sa position intérieure à sa position extérieure lors de l'évacuation du fluide de commande du côté extérieur du piston, la deuxième surface ( 35 A) de l'anneau de blocage ( 29) se dégageant des deuxièmes surfaces ( 35) des éléments de blocage lorsque l'anneau de blocage est déplacé axialement vers l'extérieur en réponse à l'envoi du fluide de commande sur le côté intérieur du piston ( 30), grâce à quoi les éléments de blocage sont libérés et peuvent glisser radialement vers l'intérieur sur l'épaulement ( 25) du cylindre et axialement vers l'extérieur avec la tige, et le piston vient en prise avec la butée extérieure ( 31) sur la tige pour déplacer cette dernière, et ainsi les éléments de blocage, axialement, vers

l'extérieur avec le piston.

4 Vérin selon l'une quelconque des revendications 1,

2 et 3, caractérisé en ce que la section la plus large du piston ( 30) peut coulisser de façon étanche le long de la

section interne du cylindre.

Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce

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que les extrémités intérieures des éléments de blocage ont des surfaces coniques ( 34 A) qui s'étendent radialement vers

l'extérieur en direction de l'extrémité intérieure du cylin-

dre pour glisser sur une surface conique ( 34) sensiblement complémentaire de la butée intérieure ( 28) de la tige lors de l'expansion radiale en position de verrouillage et de

la contraction radiale hors de cette position de verrouillage.

6 Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce

que l'anneau de blocage ( 29) comprend des doigts ( 29 A) circon-

férentiellement espacés, qui sont appliqués fortement autour de la tige lorsque la deuxième surface ( 35 A) de l'anneau vient coopérer en glissement avec les deuxièmes surfaces

( 35) des éléments de blocage.

7 Vérin selon la revendication 6, caractérisé en ce que des boulons ( 36) relient les éléments de blocage ( 26) à la tige ( 18) pour les guider radialement par rapport à elle, et que des broches ( 37) sur la tige s'étendent entre les doigts de façon à aligner axialement les espaces entre eux avec les boulons pour se déplacer sur eux lorsque l'anneau

de blocage se déplace à l'intérieur des éléments de blocage.

8 Vérin selon l'une quelconque des revendications 1,

2 et 3, caractérisé en ce que la tige ( 18) est creuse et s'étend de façon étanche à travers l'extrémité extérieure du cylindre dans une chambre ( 21) à l'extérieur du cylindre

de façon à être pratiquement équilibréeen pression.

9 Vérin selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce qu'il est raccordé à un élément de vanne mobile à l'intérieur d'un corps de vanne entre des positions ouvrant et fermant un passage traversant ledit

corps.

Vérin selon la revendication 9, caractérisé en ce que le corps est le carter ( 11) d'une vanne d'éruption ( 10), que le carter a un alésage traversant ( 12) et que des chambres ( 13) dans le carter coupent des côtés opposés de l'alésage, et qu'il y a un vérin pour déplacer une mâchoire (RR, RL)

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à l'intérieur de chaque chambre entre une position extérieure

pour ouvrir l'alésage et une position intérieure pour coopé-

rer avec l'autre mâchoire pour fermer l'alésage.