FR3102846A1 - Dispositif de détection de fuites dans un actionneur pneumatique de robinet - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de détection de fuites dans un actionneur pneumatique de robinet. Ce dispositif avec un actionneur (2) comportant une enceinte qui loge un organe d'actionnement mobile (3), lequel délimite à l'intérieur de ladite enceinte une première chambre (C1) et une seconde chambre (C2), ladite première chambre (C1) étant configurée pour recevoir de l'air sous pression et déplacer ledit organe d'actionnement (3) en direction de ladite seconde chambre (C2), ladite seconde chambre (C2) étant pourvue d'au moins un conduit d'échappement d'air (211) formant évent est caractérisé par le fait que ledit au moins un conduit d’échappement (211) est pourvu d'au moins un capteur (4) configuré pour détecter l'absence, respectivement la présence d'un débit d'air à l'intérieur dudit conduit d'échappement (211), ainsi qu'une variation de ce débit, ledit capteur (4) étant associé à un dispositif d'avertissement sensoriel (5) qui est configuré pour délivrer un message variable en fonction dudit débit d'air, et/ou à des moyens d'enregistrement des variations dudit débit d'air. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention se situe dans le domaine général des robinets à actionnement pneumatique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les robinets à actionnement non manuel, tels que notamment les robinets d'équipements industriels, comprennent un actionneur dont le but de commander à distance le robinet. Cet actionneur peut être électrique, électromagnétique, thermique ou pneumatique.
La grande majorité des actionneurs pneumatiques sont dits à « simple effet », c’est-à-dire qu’ils présentent deux chambres séparées par une membrane élastomère ou un piston mobile. La première chambre est destinée à accueillir de l'air sous pression afin de réaliser la manœuvre du robinet. La seconde chambre est pourvue d'un ressort qui est comprimé lors du remplissage en air de la première chambre. Lors de cette étape, l’air contenu dans la seconde chambre s’échappe par une "purge", autrement dit un conduit d'échappement d'air formant évent.
Le ressort permet, en particulier lors de la perte d’alimentation en air de la première chambre, de réaliser un retour en position de sécurité du robinet, ceci sans nécessiter un quelconque apport d'énergie. Dans ce cas, la seconde chambre est remplie d’air extérieur alors que l’air de la première chambre est évacué par un dispositif adapté (positionneur, purgeur, électrovanne, etc.).
Les actionneurs à simple effet sont de deux types. Ils sont soit à piston, soit à membrane.
Pour les actionneurs à piston, une détérioration des joints qui réalisent l’étanchéité le long de la paroi du cylindre intérieur de l'actionneur et le piston mobile peut être source de fuites.
Pour les actionneurs à membrane, l’usure et/ou la dégradation du matériau de la membrane généralement constituée d'un élastomère (du fait de la température, des manœuvres répétées, du vieillissement de la matière, d'un serrage excessif, etc.) peuvent engendrer des fuites internes ou externes.
A ce jour, seuls les tests d’opérabilité du robinet, à savoir sa capacité à manœuvrer correctement et dans les temps impartis, sont suivis lors de phases de maintenance. Un point sur le défaut d'étanchéité globale de l’actionneur est éventuellement réalisé par l'observation de la décroissance de pression à l'intérieur de la première chambre, mais cela est fastidieux et réalisé uniquement lors de diagnostics sur certains robinets. Cela nécessite l’ajout d’un robinet pour isoler l’air de la première chambre afin de vérifier la décroissance de sa pression suite à une fuite.
La mesure d’un débit d’air (ou d'une vitesse d’air) existe depuis de nombreuses années. Ainsi, on peut avoir recours à des tubes de Pitot ou à des anémomètres. Il existe aussi des systèmes portables avec indication des vitesses d'air.
Ainsi, les principaux systèmes connus sont des anémomètres portables qu’il convient de tenir à la main afin d’afficher la vitesse de déplacement de l'air au niveau de l'évent.
Des débitmètres massiques ou autres dispositifs analogues peuvent être utilisés mais ont pour principal inconvénient d'être onéreux.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Dans ces conditions, il subsiste un besoin de disposer d'un dispositif compact et peu onéreux qui est en mesure d'indiquer en permanence un niveau de débit d’air et si ce dernier est présent ou non à la purge (échappement) d’un actionneur pneumatique.
La présente invention répond à ce besoin.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de détection de fuites dans un actionneur pneumatique de robinet, ledit actionneur comportant une enceinte qui loge un organe d'actionnement mobile, lequel délimite à l'intérieur de ladite enceinte une première chambre et une seconde chambre, ladite première chambre étant configurée pour recevoir de l'air sous pression et déplacer ledit organe d'actionnement en direction de ladite seconde chambre, ladite seconde chambre étant pourvue d'au moins un conduit d'échappement d'air formant évent, caractérisé par le fait que ledit au moins un conduit d’échappement est pourvu d'au moins un capteur configuré pour détecter l'absence, respectivement la présence d'un débit d'air à l'intérieur dudit conduit d'échappement, ainsi qu'une variation de ce débit,
ledit capteur étant associé à un dispositif d'avertissement sensoriel qui est configuré pour délivrer un message variable en fonction dudit débit d'air, et/ou à des moyens d'enregistrement des variations dudit débit d'air.
Grâce aux caractéristiques de ce dispositif, on peut réaliser facilement une mesure de débit d’air de fuite et être renseigné sur le niveau de ce débit.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon une combinaison quelconque :
- ledit dispositif d'avertissement sensoriel est un avertisseur lumineux formé de plusieurs sources lumineuses, le nombre de sources lumineuses actives étant proportionnel audit débit ;
- ledit dispositif d'avertissement sensoriel est un avertisseur sonore configuré pour délivrer un message sonore de volume et/ou de fréquence variable ;
- ledit capteur est un capteur rotatif, un capteur impulsionnel, ou analogique par variation de résistance ou de signal électrique ;
- ledit organe d’actionnement est un organe d’actionnement à membrane ou à piston ;
- le dispositif est pourvu de moyens de récupération de l’énergie générée par ledit débit d’air.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, différents modes de réalisation possibles.
Sur ces dessins :
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
A la figure 1 annexée est représenté de manière très schématique un mode de réalisation possible d'un dispositif 1 selon l'invention.
Ce dispositif 1 comprend, de manière connue, un actionneur 2 dont l'enceinte est formée d'une coque inférieur 20 et d'une coque supérieure 21 fixées l'une à l'autre. La coque supérieure 21 comporte au moins une entrée d'air sous pression 210, tandis que la coque inférieure comporte un conduit d'échappement d'air formant évent 211. Ce conduit peut être aussi qualifié de « purge ».
L'enceinte loge un organe d'actionnement mobile 3 qui est du type à membrane 30, laquelle est prise en sandwich, à sa périphérie, entre les deux coques 20 et 21. Ainsi, l'organe 3 permet de maintenir plate la membrane 30 et recevoir de façon uniforme la pression d’air comprimé via l’entrée 210. La membrane 30 sépare l'espace interne de l'actionneur en deux chambres C1 et C2, la première étant celle qui est reliée à l'entrée d'air sous pression 210, tandis que la seconde est celle qui est reliée à l'évent 211.
L'organe 3 est solidaire d'une tige 31 autour duquel est monté un ressort hélicoïdal R. Celui-ci prend appui d'une part sur l'organe mobile 3 et sur une paroi 200 qui s'étend au fond de la coque inférieure 20.
On comprend que lorsque de l'air sous pression est envoyé dans la chambre C1, dès lors que cette pression est supérieure à la résistance du ressort R, alors l'organe 3 est déplacé en direction de la chambre C2.
Bien que cela ne soit pas représenté ici, la présente invention peut aussi s'appliquer à un actionneur à double membrane de type connu ou tout autre actionneur muni d’un évent (purge).
A la figure 2 annexée est représenté de manière très schématique un autre mode de réalisation possible d'un dispositif 1 selon l'invention.
Ce dispositif 1 comprend, également de manière connue, un actionneur 2 dont l'enceinte comporte au moins une entrée d'air sous pression 210, ainsi qu'un conduit d'échappement d'air formant évent 211.
Dans l'enceinte est placé un piston 6 qui sépare l'espace interne de l'actionneur en deux chambres C1 et C2, la première étant celle qui est reliée à l'entrée d'air sous pression 210, tandis que la seconde est celle qui est reliée à l'évent 211.
Le piston 6 est solidaire d'une tige 60 autour duquel est monté un ressort hélicoïdal R. Celui-ci prend appui d'une part sur le piston 6 et sur une paroi 200 qui s'étend au fond de l'enceinte.
On comprend que lorsque de l'air sous pression est envoyé dans la chambre C1, dès lors que cette pression est supérieure à la résistance du ressort R, alors l'organe 3 est déplacé en direction de la chambre C2.
Dans ces deux modes de réalisation, le conduit d'échappement formant évent 211 est pourvu d'un capteur 4 disposé à l’extérieur de celui-ci, qui est configuré pour détecter l'absence, respectivement la présence d'un débit d'air à l'intérieur de ce conduit, ainsi qu'une variation de ce débit.
Par ailleurs, ce capteur est associé à un dispositif d'avertissement sensoriel 5 qui est configuré pour délivrer un message variable en fonction dudit débit d'air, et/ou à des moyens d'enregistrement des variations dudit débit d'air.
Le dispositif selon l'invention repose sur le principe qu’il existe une fuite d'air au sein de l'actionneur quand on constate un débit d’air au niveau de l'évent 211, alors que l'organe d'actionnement est dans une position fixe et en pression dans la chambre C1. En effet, une fois la manœuvre de l'organe d'actionnement terminée, le débit de purge dans la chambre C2, qui est à la pression atmosphérique, est nul. Toute présence d’un débit d’air est alors la résultante d’un apport d’air via une fuite interne.
Dans le cadre de l'invention, on fait usage de capteurs qui permettent de détecter un tel un débit d’air. On ne s'intéresse pas ici à la réalisation d'un anémomètre, mais à une indication sensorielle, par exemple sous la forme d'une indication de niveau lumineux ou sonore du débit d’air.
Il existe deux possibilités pour lesquels le robinet ainsi équipé soit en position fixe, et avec un actionneur sous pression. La première se rencontre lorsque le robinet est en position de course maximale avec la totalité de la pression présente dans la chambre C1 de l’actionneur.
La seconde est la situation dans laquelle l'organe d'actionnement occupe une position fixe mais avec une course partielle (par exemple 50% de la course maximale), c'est-à-dire avec une pression dans l’actionneur suffisante pour vaincre les efforts de manœuvre.
Dans ces deux états, la pression dans la première chambre C1 est constante et il n’y a pas de mouvement du robinet. Une fuite interne peut alors être détectée à l’aide du dispositif selon l'invention.
En effet, si un débit d’air apparait au niveau de l’évent, ce "courant d'air" ne peut provenir que d’une fuite d’air interne entre la première et la seconde chambre.
Lors des manœuvres de l'organe d'actionnement, l’actionneur « respire » , de sorte que le débit d’air de la seconde chambre varie au fur et à mesure des manœuvres en fonction du diamètre des évents et du volume d’air de la seconde chambre ainsi que des caractéristiques du temps de réponse de l’actionneur.
Pour les actionneurs à membrane, la fuite externe de la membrane peut être réalisée par la mise en place d’un dispositif autour du cercle de boulonnage. Cet accessoire doit notamment garantir une bonne étanchéité au droit du cercle de boulonnage et ne comprendre qu’un évent unique. De ce fait, la fuite d’air dans la première chambre passe à travers le contact entre la membrane et l’actionneur.
Comme dit plus haut, le dispositif selon l'invention comporte, associé audit capteur, un dispositif d'avertissement sensoriel 5 qui est configuré pour délivrer un message variable en fonction dudit débit d'air, et/ou à des moyens d'enregistrement des variations dudit débit d'air.
Avantageusement et comme montré schématiquement à la figure 3, ledit dispositif d'avertissement sensoriel 5 est un avertisseur lumineux formé de plusieurs sources lumineuses 6, le nombre de sources lumineuses actives étant proportionnel audit débit.
Ainsi, une indication visuelle rapide et directe permet de savoir, tout particulièrement dans un environnement sombre, le niveau de la fuite et cela aussi bien en cours d'exploitation du robinet que lors d'une intervention de maintenance.
La mesure du débit d’air via le capteur 4 est traitée avantageusement avec :
- une alimentation sur pile ou secteur.
- le traitement des variations de la sortie du capteur en fonction du débit de fuite est opérée par un microcontrôleur du commerce avec un jeu de résistances qui permet l’affichage visuel par niveau de tension de plusieurs diodes électroluminescentes (ou LED).
- la mise en place d’un dispositif externe de détection de fuites externe permet de localiser la zone où l'organe d'actionnement fuit.
- la possibilité de sélectionner le type de robinet permet d’optimiser notamment l’utilisation du système sur des robinets réglant en exploitation.
Dans un autre mode de réalisation, en lieu et place d'un avertisseur lumineux, on peut avoir recours à un avertisseur sonore configuré pour délivrer un message sonore de volume et/ou de fréquence variable.
Une des particularités de l'invention est d'avoir recours à un dispositif 5 portable et autonome pour suivre le comportement de l’actionneur sans nécessairement rester à proximité de celui-ci.
Le dispositif selon l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes :
- capteur 4 de type rotatif, impulsionnel (numérique) analogique par variation de résistance ou de signal électrique. A titre d’exemple : hélice avec capteur optique ou détecteur magnétique, capteur avec variation de résistance (fil chaud), capteur à lame souple, capteur optique, etc.
- sélection de la tension de sortie pour la sensibilité, via un programme interne.
- microcontrôleur pour le traitement de la mesure et la sortie par niveau.
- interrupteur de mise sous tension.
- sélection de sortie via un afficheur ou une sortie analogique.
- choix du gain par programme informatique si nécessaire.
- LED de présence tension.
- Afficheur avec un ensemble de LED de couleurs.
L’idée est d’avoir d’un seul coup d’œil une indication de la présence ou non d’une fuite d’air, soit en utilisant le dispositif portable avec ses indicateurs de niveaux de fuite visuel (ou sonore), soit avec le module de sortie analogique pour des enregistrements ultérieurs.
Le dispositif selon l'invention comprend un capteur par actionneur mais cette solution peut être facilement dupliquée afin de pouvoir suivre simultanément plusieurs actionneurs. Cette version "multicanaux "est alors très pratique pour suivre plusieurs matériels, ce qui est le cas des robinets des groupes GTC (Groupe Contournement de la Turbine).
L’augmentation du débit d’air traversant le capteur est proportionnel au débit de la fuite d’air. Avec des capteurs impulsionnels, on obtient une fréquence d’apparition du signal qui augmente. Le capteur peut est de type émetteur-récepteur infrarouge, optique ou magnétique. Dans le cas d’un capteur avec signal analogique progressif, l’amplitude du signal est différente suivant le débit d’air traversant le détecteur.
La sensibilité du système est la clé essentielle du présent dispositif car le but ici n'est pas de recourir à un débitmètre ou un anémomètre, mais à un détecteur de la présence d’une fuite très faible.
On se reportera maintenant à la figure 4 dans laquelle on a affaire à une comparaison de courbes de débit d'air lors de la manœuvre d'un actionneur.
Sur cette figure, l'axe des abscisses est l'axe du temps, et l'axe des ordonnées celui du débit d'air mesuré au niveau de l'évent.
Deux courbes sont visibles, l'une SF correspondant à une situation dans laquelle l'actionneur ne présente pas de fuite et l'autre AF correspondant à une situation dans laquelle l'actionneur présente une fuite.
Dans cet exemple fictif, on considère qu'on utilise un affichage à quatre LED, l'allumage de celles-ci étant figuré par une croix. Ainsi, plus il y a de croix en regard de la courbe, plus le débit d'air au niveau du capteur est important.
Ainsi, pour la courbe SF, le débit d'air au niveau de l'évent est maximal quand l'organe d'actionnement manœuvre jusqu’à sa course maximale, ce qui se traduit par l'allumage de quatre diodes.
Lorsque l'organe d'actionnement a atteint sa position maximale, il n'existe plus de courant d'air au niveau du capteur car il n’y a plus de mouvement, ce qui se traduit par aucun allumage de diodes.
La courbe AF se superpose en partie avec la courbe SF. Ceci s'explique par le fait que lors du déplacement de l'organe d'actionnement, celui-ci chasse l'air présent dans la deuxième chambre de l'actionneur, selon un débit nettement plus important que le débit de fuite. En revanche, après déplacement de l'organe d'actionnement, subsiste uniquement ce débit de fuite, qui se traduit ici par l'allumage de deux diodes.
A la figure 5 sont représentées sous la forme de quatre droites SP1 à SP4 les débits de fuite d'un actionneur sous pression, ces différents niveaux de fuite se traduisant par un nombre croissant de LED activées.
La figure 6 se rapporte à une situation dans laquelle on a affaire à un évent obstrué. Or, le bouchage des évents a une importance sur le temps de réponse du robinet mais aussi sur la position de ce dernier. La pression dans la chambre connectée à l'évent ne pouvant pas être évacué correctement, cette dernière est alors sous pression, et la manœuvre de l'organe d'actionnement est ralentie, voire même interrompue par équilibrage des forces de part et d'autre. Ainsi, comme le montrent les courbes SC et EO qui correspondent respectivement à une situation sans obstruction et avec obstruction, une indication visuelle prolongée avec un niveau faible de débit d'air met en évidence un colmatage de l'évent.
L’indication des courbes de déplacement de la tige de manœuvre associée à l’actionneur, juste en dessous de celles du débit d’air, met en évidence la relation entre le débit d’air d’échappement de l’air et la position du robinet. Un colmatage important peut alors conduire à un temps de manœuvre plus long et une course réduite.
Sur ces courbes, les temps T0 à T3’ ont la signification suivante :
T0 : Départ de la manœuvre ;
T1 : Augmentation du débit lors de la purge d’air sans colmatage ;
T1’ : Augmentation du débit lors de la purge d’air avec colmatage ;
T2 : Fin de purge de l’air sans colmatage ;
T2’ : Fin de purge de l’air avec colmatage ;
T3 : Fin de manœuvre de la tige sans colmatage ;
T3’ : Fin de manœuvre de la tige avec colmatage.
L’utilisation du dispositif selon l'invention peut être dédiée aux services « essais » ou « maintenance » d'entreprises lors de tests sur les robinets afin de vérifier qu’il n’y a pas de fuite sur les actionneurs. Dans la mesure où ce dispositif n'a pas d'impact sur le fonctionnement des robinets, on peut envisager son utilisation dans des installations en cours de fonctionnement /production, en particulier dans des usines de tout secteur d'activité (pétrochimie, alimentaire, énergie, etc.).
Pour une panoplie de plusieurs robinets pneumatiques, une centralisation peut être réalisée dans le but d’avoir un indicateur multi afficheurs. Une version plus simple peut être envisagée avec une indication unique de présence de fuite via la détection d’un seuil (par exemple une seule LED pour le premier niveau de fuite).
Des améliorations peuvent être apportées afin de mettre en réseau plusieurs indicateurs et/ou permettre d’augmenter l’autonomie en récupérant l’énergie du « courant d’air » lors des manœuvres et/ou fuites.
Claims (6)
- Dispositif (1) de détection de fuites dans un actionneur pneumatique (2) de robinet, ledit actionneur (2) comportant une enceinte qui loge un organe d'actionnement mobile (3 ; 6), lequel délimite à l'intérieur de ladite enceinte une première chambre (C1) et une seconde chambre (C2), ladite première chambre (C1) étant configurée pour recevoir de l'air sous pression et déplacer ledit organe d'actionnement (3 ; 6) en direction de ladite seconde chambre (C2), ladite seconde chambre (C2) étant pourvue d'au moins un conduit d'échappement d'air (211) formant évent, caractérisé par le fait que ledit au moins un conduit d’échappement (211) est pourvu d'au moins un capteur (4) configuré pour détecter l'absence, respectivement la présence d'un débit d'air à l'intérieur dudit conduit d'échappement (211), ainsi qu'une variation de ce débit,
ledit capteur (4) étant associé à un dispositif d'avertissement sensoriel (5) qui est configuré pour délivrer un message variable en fonction dudit débit d'air, et/ou à des moyens d'enregistrement des variations dudit débit d'air. - Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif d'avertissement sensoriel (5) est un avertisseur lumineux formé de plusieurs sources lumineuses, le nombre de sources lumineuses actives étant proportionnel audit débit.
- Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif d'avertissement sensoriel (5) est un avertisseur sonore configuré pour délivrer un message sonore de volume et/ou de fréquence variable.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit capteur (4) est un capteur rotatif, un capteur impulsionnel, ou analogique par variation de résistance ou de signal électrique.
- Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit organe d’actionnement est un organe d’actionnement à membrane (3) ou à piston (6).
- Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu’il est pourvu de moyens de récupération de l’énergie générée par ledit débit d’air.
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| WO2016172115A1 (fr) * | 2015-04-20 | 2016-10-27 | Nexmatix Llc | Système et procédé permettant une détection des fuites à l'aide d'une soupape de commande directionnelle |
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2019
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