WO2024115852A1 - Chaine cinématique irréversible et à rendement élevé, de préférence pour robinet - Google Patents

Chaine cinématique irréversible et à rendement élevé, de préférence pour robinet Download PDF

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WO2024115852A1
WO2024115852A1 PCT/FR2023/051862 FR2023051862W WO2024115852A1 WO 2024115852 A1 WO2024115852 A1 WO 2024115852A1 FR 2023051862 W FR2023051862 W FR 2023051862W WO 2024115852 A1 WO2024115852 A1 WO 2024115852A1
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shaft
key
rotation
movement
casing
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PCT/FR2023/051862
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Inventor
Christian BREZILLON
Franck MILLIARD
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Electricite De France
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    • F16D41/00—Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/08—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K3/00—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
    • F16K3/02—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor
    • F16K3/0254—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor being operated by particular means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/064—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls
    • F16D41/066—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical
    • F16D2041/0665—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical characterised by there being no cage other than the inner and outer race for distributing the intermediate members

Definitions

  • the invention generally relates to the field of mechanical connections, more particularly that of industrial valves and devices adapted to the control of systems such as gate valves, globe valves for stem valves in translation, and all other type of valve, for example rotating stem valves such as butterfly valves or spherical or cylindrical rotary valves.
  • An industrial valve with a translational stem generally consists of an actuator, a means of converting the transmitted rotational movement into a translational movement and a shutter.
  • these elements are an electric motor coupled to an emergency manual control, which rotates a rod nut, which moves a threaded rod in translation by screw effect, driving in translation at its other end the valve shutter having for the function of closing a pipe.
  • the actuator is animated so as to press the shutter on the seat(s) of the valve located at one end of the stroke of the shutter and in the pipe.
  • the actuator is moved in a reverse movement, to release the shutter from the seat(s) and consequently release the circulation of the fluid.
  • Such a valve must be able to ensure permanent closure, that is to say prevent any unwanted rise of the shutter after closure, due for example to the bottom effect on the stem induced by the pressure of the fluid in the case of the gate valve, or any untimely opening of the shutter due to the thrust of the fluid, in the case of globe valves or rotating stem valves.
  • the valve must make it possible to maintain its open position by compensating the effects of the self-weight of the stem and the obturator in the case of the valve with a stem in translation, or the effects of the thrust of the fluid in the case of the valve with rotating rod.
  • the means of converting the rotational movement of the actuator into the translational movement of the shutter must provide the irreversibility of this conversion and therefore of the kinematic chain constituted by the set of faucet components.
  • this irreversibility must exist downstream of the actuator, so that it can be removed to carry out maintenance or other operations, while maintaining the irreversibility of the valve.
  • the translational stem valves of the state of the art use for example for this purpose a threaded stem and trapezoidal thread nut assembly, so that only the movement of the valve actuator allows the movement of the shutter.
  • An aim of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks, by proposing a bidirectional backstop device adapted to rotate a shaft, a device for irreversibly converting a rotational movement into a translational movement comprising such a backstop and a valve.
  • translational rod comprising such a device for converting a rotational movement into a translational movement, making it possible to effectively improve efficiency while offering the guarantee of irreversibility of the kinematic chain downstream of the actuator.
  • the invention proposes a bidirectional backstop device adapted to transmit a rotational torque from an actuator to a shaft comprising:
  • the rotation drive system comprising: - a device for coupling with the actuator comprising a central opening into which the shaft and the key are inserted, allowing angular play between the walls of the central opening and the key;
  • the ring comprising a central opening into which the shaft and the key are inserted, allowing angular play between the walls of the opening and the key;
  • the shaft locking system comprising:
  • cam arranged around the shaft and comprising a housing receiving the key, the cam being able to be driven by the key;
  • rollers arranged circumferentially around the shaft between the rods, the rollers extending from the coupling device towards the ring passing through the spacer so as to allow circumferential play at the level of the coupling device , a circumferential clearance at the spacer and a circumferential clearance at the ring;
  • each spring comprising a compression axis perpendicular to the axis of each roller, the springs being fixed in the coupling device and in the ring, the springs being adapted to maintain the rollers in contact with the cam, when they are at rest, with two springs per roller;
  • the bidirectional backstop device being such that when the shaft receives a torque from a member other than the shaft rotation drive system, the cam jams one roller out of two abutting against the casing, thus blocking any movement rotation of the shaft, while a torque applied to the rotation drive system successively causes, thanks to the circumferential clearances, the spacing of one roller out of two, in order to release the cam from contact with the rollers, then the rotational drive by the angular play of the key, and therefore the rotation of the shaft relative to the casing.
  • the invention also relates to a device for irreversible conversion of a rotational movement into a translational movement, comprising a bidirectional backstop device according to the invention, in which the shaft
  • the invention also relates to a device for irreversible conversion of a rotational movement into a translational movement comprising:
  • bidirectional backstop device adapted to rotate a shaft according to the invention
  • a conversion means configured to convert a rotational movement into a translational movement, the input shaft of the conversion device being driven directly or indirectly by the shaft.
  • the device for irreversible conversion of a rotational movement into a translational movement is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination:
  • the conversion means is a satellite roller screw or a ball screw
  • shock absorber configured to oppose the raising of the conversion means when the output shaft of the conversion means is at the end of its stroke
  • the shock absorber includes an elastic washer.
  • the invention also relates to an assembly comprising a tap, the tap comprising a stem and a shutter, configured so that the stem is driven in translation by the device for irreversibly converting a rotational movement into a translational movement according to the invention, so as to place the shutter in a stable position.
  • the assembly comprising a tap according to the invention is advantageously completed by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combinations: - a mechanical connection, the mechanical connection being configured to prevent the transmission of a rotational movement by the rod to the device according to the invention;
  • the mechanical connection is a ball-and-finger connection, the finger being optionally configured to indicate the position of the valve stem;
  • the mechanical connection is a non-sliding pivot connection on the axis.
  • Figure 1 illustrates a schematic view of a faucet comprising the new kinematic chain according to the invention
  • Figure 2 schematically illustrates the bidirectional backstop device
  • Figure 3 schematically illustrates a partial view of the bidirectional backstop device
  • Figure 4 illustrates a schematic view of a faucet according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates a faucet 1000 according to one embodiment of the invention.
  • a valve makes it possible to close a pipe 600, the pipe 600 being able to contain any type of fluid, for example water or gas, within industrial installations, transport infrastructures or other types of circuit.
  • the tap 1000 therefore comprises several elements forming a kinematic chain making it possible to close the pipe 600 to which it is linked.
  • the valve 1000 comprises an actuator 100 emitting a rotational movement and connected to a device for irreversibly converting a rotational movement into a translational movement 2000, the translational movement being applied to a closing assembly 500 of the pipe 600.
  • the pipe 600 extends along a first axis B and the valve 1000 extends along a second axis A perpendicular to the first axis B.
  • the second axis A constitutes the main axis of the kinematic chain.
  • the actuator 100 is adapted to transmit or generate a rotational torque.
  • This may, for example, be a manual steering wheel, an electric motor or any other means capable of being used for this purpose.
  • This rotational torque is therefore transmitted to a device for irreversibly converting a rotational movement into a translational movement 2000, which thus translates the closure assembly 500, composed of a rod 501 and a shutter 502, in the open or closed position depending on the direction of rotation of the actuator 100, so as to open or close the pipe 600.
  • the device for irreversibly converting a rotational movement into a translational movement 2000 comprises:
  • a bidirectional backstop device 200 adapted to rotate a shaft 2 extending longitudinally along the second axis A;
  • a conversion means 300 configured to convert the rotational movement of the shaft 2 into a translation movement
  • FIGS 2 and 3 illustrate a preferred embodiment of a bidirectional backstop device 200 adapted to drive the shaft 2 in rotation in a bidirectional and irreversible manner.
  • the bidirectional backstop device 200 comprises a casing 0 arranged around a shaft 2 movable in rotation relative to the casing 0.
  • a key 3 which extends along of shaft 2 and projecting from shaft 2 over part of its length.
  • the bidirectional backstop device 200 consists of a rotational drive system 10 around the second axis A of the shaft 2.
  • the rotational drive system 10 advantageously consists of a coupling device 1 configured to 'couple with the actuator 100.
  • the coupling device 1 is preferably a cylindrical part, comprising a central opening 11 housing the shaft 2 and the key 3, while allowing a first angular clearance 12 between the walls of the central opening 11 and key 3.
  • a ring 6 comprising a central opening 61 in which the shaft 2 and the key 3 are inserted, allowing a second angular play 62 between the walls of the opening and the key 3, preferably of an amplitude identical to or close to that of the angular play 12.
  • At least one spacer 7, preferably two spacers 7, are arranged between the coupling device 1 and the ring 6, and each spacer 7 also comprises a central opening 71 in which the shaft 2 and the key 3 are inserted
  • Several rods 8 extend from the coupling element 1 to the ring 6 passing through the spacers 7 through orifices comprising a circumferential clearance 74, so as to secure the rotational drive system 10, this is. that is to say that the coupling device 1 and the ring 6 are integral with each other in rotation or in translation and in rotation, and that the spacers 7 are integral in rotation with the coupling device 1 and the ring 6
  • the rods 8 can be circular or polygonal in profile to provide more rigidity to the rotational drive system 10.
  • the spacers 7 and optionally the spacers 7 and ball bearings 75 make it possible to center the shaft 2 in the casing 0 and therefore to make them coaxial with the axis A.
  • the bidirectional backstop device 200 is further composed of a locking system 20 of the shaft 2, arranged inside the casing 0 and composed of a cam 4, several rollers 5 and several springs 9.
  • the cam 4 is arranged around the shaft 2 and includes a housing receiving the key 3, so that the cam 4 is able to be rotated by the key 3 when the shaft 2 is moving.
  • the rollers 5 are arranged circumferentially around the shaft 2, between the rods 8, the rollers 5 extending from the coupling device 1 towards the ring 6 passing through the spacers 7 via a set of orifices comprising each a circumferential clearance 73.
  • the end of the rollers 5 is inserted so as to allow a circumferential clearance 13 at the level of the coupling device 1 and a circumferential clearance 63 at the level of the ring 6, that is to say that the orifices of the coupling device 1 and of the ring 6 receiving the ends of the rollers 5 are of a diameter greater than that of the rollers 5.
  • the circumferential clearances 13 and 63 are preferably of a smaller diameter than the diameter of the circumferential clearance 73 of the spacers 7.
  • the springs 9, for example compression springs, are arranged around the shaft 2, each spring 9 comprising a compression axis perpendicular to the axis C of each roller 5.
  • the springs 9 are housed in the coupling device 1 and in the ring 6, and are adapted to maintain the rollers 5 in contact with the cam
  • Figure 3 shows in particular a configuration of the springs 9 housed in the ring 6, so that four springs 9 apply a force opposite to a first direction of rotation on four rollers 5 and vice versa for the other springs 9 in the other direction of rotation.
  • the bidirectional backstop device 200 therefore operates so that when the shaft 2 receives a torque coming from a member other than the rotational drive system 10 of the shaft 2, for example a torque coming from the conversion means 300, the cam 4, which receives the torque via the key 3, jams a roller
  • the rotational torque of the shaft 2 is then transmitted to the conversion means 300 of the rotational movement into translational movement.
  • any type of mechanical coupling can be used between the shaft 2 and an input shaft 301 of the conversion means 300, for example a tenon type connection. mortise.
  • the function of the conversion means 300 is to transform the torque imposed by the shaft 2 into a tensile or compressive force (depending on the direction of rotation) on the rod 501.
  • the conversion means 300 is a satellite roller screw.
  • the nut of the satellite roller screw corresponds to the input shaft 301 and the screw corresponds to an output shaft 302 of the conversion means 300.
  • a screw satellite rollers offer high efficiency transformation compared to other means used in the prior art.
  • the translation movement of the conversion means 300 is transmitted to a valve stem 501, by a mechanical connection 50, for example a non-sliding pivot connection, or any other type of mechanical connection making it possible to prevent any transmission of a movement of rotation of the valve stem to the output shaft 302.
  • the mechanical connection 50 is a ball joint finger type connection whose finger makes it possible to indicate the position of the valve 1000.
  • the rod 501 is preferably integral in translation with the shutter 502.
  • the assembly formed by the rod 501 and the shutter 502 is thus translated in one direction or another along the axis A, according to the direction of rotation imposed by the actuator 100, in order to move the shutter 502 between two stable extreme positions, one closing the conduit and the other leaving the conduit free, these positions being respectively the open and closed configurations of the valve 1000.
  • the closing of the valve 1000 takes place when an actuator 100 applies a torque to the coupling device 1 of the anti-drift device 200, which causes rotation the shaft 2 relative to the casing 0 and the axis A.
  • the shaft 2 then drives the input shaft 301 of the conversion means 300, which causes the translation towards the pipe 600 following the axis A, of the output shaft 302.
  • the translation movement is transmitted by the mechanical connection 50 to the rod 501, which places the shutter 502 in position within the pipe 600.
  • the opening of the valve 1000 is operates by imparting a reverse torque to the coupling device 1.
  • the kinematic chain proposed here offers a good performance higher, estimated from 85% to 90%, by allowing the use of means 300 for converting a translation movement into a rotational movement such as a satellite roller screw.
  • This type of means indeed offers a significant reduction in friction.
  • the irreversibility of the movement is ensured by the bidirectional backstop device 200, which prevents any rotation of the shaft 2 which does not result from the torque imposed by the actuator 100 and transmitted by the coupling device 1.
  • the reduction in friction reduces wear and therefore increases the overall lifespan of the drive chain, and therefore of the valve 1000.
  • a shock absorber 400 has the function of reducing the increase in torque that the actuator 100 must provide when the shutter 502 comes to a stop in its shutter position, following a movement closing the valve 1000.
  • the damper 400 is placed for example vertically at at least part of the input shaft 301.
  • the damper 400 may for example comprise one or more compressible elastic washers 401.
  • the elastic washers 401 thus oppose the raising of the nut of the satellite roller screw, raising caused by the end of stroke of the assembly formed by the rod 501 and the shutter 502. The shock absorber 400 therefore allows improved overall maneuverability of the valve 1000.
  • the means 300 for converting the translation movement into rotational movement can be integrated directly inside the bidirectional backstop device 200.
  • the shaft 2 can be the nut of a satellite roller screw, so that the torque imposed by the actuator 100 and transmitted by the coupling device 1 rotates the nut, which causes the translation of the screw passing through the bidirectional backstop device 200.
  • the faucet 1000 equipped with such a device for irreversible conversion of a rotational movement into a translational movement 2000 with the advantage of being much more compact while offering the same functions.
  • the combination of the proposed bidirectional backstop device 200 and a means 300 for converting a rotational movement into a translational movement forms a device for irreversibly converting a rotational movement into a translational movement 2000, which can be mounted independently on many types of existing mechanical organs, for example a valve 1000 with a translational stem like the one described here.
  • the bidirectional backstop device 200 described here can also be mounted, independently of a conversion means 300 or any other element described here, on any type of mechanical devices.
  • the bidirectional backstop device 200 can be integrated into a rotating stem valve, which does not require converting the torque of an actuator into a translational movement.
  • the invention makes it possible, thanks to the better efficiencies offered, to reduce the power required for the actuators and to improve the maneuverability of the valve. Maintenance can be carried out on the actuator 100 while leaving the valve 1000 mounted on the pipe 600.
  • the reduction in the power necessary to be provided by the actuator 100 allows the reduction in the size thereof, and therefore a reduction of the overall weight of the faucet 1000.
  • the reduction in weight also allows better resistance to earthquakes.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif antidévireur bidirectionnel (200) adapté pour transmettre un couple de rotation d'un actionneur (100) à un arbre (2). Le dispositif antidévireur bidirectionnel (200) étant tel que lorsque l'arbre (2) reçoit un couple issu d'un organe autre qu'un système d'entrainement en rotation (10), une came (4) coince un galet (5) sur deux en butée contre un carter (0), bloquant ainsi tout mouvement de rotation de l'arbre (2), tandis qu'un couple appliqué au système d'entrainement en rotation (10) provoque successivement, grâce à des jeux circonférentiels (13) et (63), l'écartement d'un galet (5) sur deux, afin de libérer la came (4) du contact des galets (5), puis l'entrainement en rotation par des jeux angulaires (12) et (62) d'une clavette (3), et donc la rotation de l'arbre (2) par rapport au carter (0).

Description

CHAINE CINEMATIQUE IRREVERSIBLE ET A RENDEMENT ELEVE, DE PREFERENCE POUR ROBINET
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne de manière générale le domaine des liaisons mécaniques, plus particulièrement celui de la robinetterie industrielle et des dispositifs adaptés à la commande de système tel que des robinets-vannes, des robinets à soupape pour les robinets à tige en translation, et tout autre type de robinet, par exemple les robinets à tige en rotation tels que les robinets papillon ou les robinets tournants sphérique ou cylindrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un robinet industriel à tige en translation se compose généralement d’un actionneur, d’un moyen de conversion du mouvement de rotation transmis en un mouvement de translation et d’un obturateur. Typiquement, ces éléments sont un moteur électrique couplé à une commande manuelle de secours, qui entraine en rotation un écrou de tige, qui meut en translation une tige filetée par effet de vis, entraînant en translation à son autre extrémité l’obturateur du robinet ayant pour fonction d’obturer une conduite.
Pour fermer le robinet et ainsi stopper la circulation du fluide, l’actionneur est animé de sorte à venir mettre en appui l’obturateur sur le ou les sièges du robinet situés à une extrémité de la course de l’obturateur et dans la conduite. Pour ouvrir le robinet, l’actionneur est animé d’un mouvement inverse, pour dégager l’obturateur du ou des sièges et en conséquence libérer la circulation du fluide.
Un tel robinet doit pouvoir assurer une fermeture pérenne, c’est-à-dire empêcher toute remontée non souhaitée de l’obturateur après fermeture, du fait par exemple de l’effet de fond sur la tige induit par la pression du fluide dans le cas du robinet-vanne, ou toute ouverture intempestive de l’obturateur du fait de la poussée du fluide, dans le cas des robinets à soupape ou des robinets à tige en rotation. De même, le robinet doit permettre de maintenir sa position ouverte en compensant les effets du poids propre de la tige et de l’obturateur dans le cas du robinet à tige en translation, ou les effets de la poussée du fluide dans le cas du robinet à tige en rotation. Pour obtenir ces résultats dans un robinet à tige en translation, les moyens de conversion du mouvement de rotation de l’actionneur en mouvement de translation de l’obturateur doivent pourvoir l’irréversibilité de cette conversion et donc de la chaine cinématique constituée par l’ensemble des composants du robinet. De plus, cette irréversibilité doit exister en aval de l’actionneur, de façon à pouvoir le déposer pour effectuer sa maintenance ou d’autres opérations, tout en conservant l’irréversibilité du robinet. Les robinets à tige en translation de l’état de la technique utilisent par exemple dans ce but un ensemble tige fileté et écrou à filet trapézoïdal, de sorte que seul le mouvement de l’actionneur du robinet permette le mouvement de l’obturateur.
Cependant un tel système vis-écrou de robinet n’offre qu’un faible rendement, d’environ 30%, à cause des frottements importants induits par ce type de moyens de conversion.
D’autres moyens de conversion à haut rendement sont connus, mais ils ne sont pas adaptés à ce type d’application de par leur réversibilité, qui permettrait à la tige de remonter et d’entrainer en rotation les éléments en amont.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant un dispositif antidévireur bidirectionnel adapté pour entrainer en rotation un arbre, un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation comprenant un tel antidévireur et un robinet à tige en translation comprenant un tel dispositif de conversion d’un mouvement de rotation en mouvement de translation, permettant d’améliorer efficacement le rendement tout en offrant la garantie de l’irréversibilité de la chaine cinématique en aval de l’actionneur.
A cette fin, l’invention propose un dispositif antidévireur bidirectionnel adapté pour transmettre un couple de rotation d’un actionneur à un arbre comprenant :
- un carter disposé autour d’un arbre, adapté pour être en rotation autour d’un axe de rotation et mobile en rotation par rapport au carter ;
- une clavette s’étendant radialement en saillie depuis l’arbre ;
- un système d’entrainement en rotation de l’arbre disposé à l’intérieur du carter, le système d’entrainement en rotation comprenant : - un dispositif d’accouplement avec l’actionneur comprenant une ouverture centrale dans laquelle est insérée l’arbre et la clavette en permettant un jeu angulaire entre les parois de l’ouverture centrale et la clavette ;
- un anneau, disposé en face et à distance du dispositif d’accouplement, l’anneau comprenant une ouverture centrale dans laquelle est insérée l’arbre et la clavette en permettant un jeu angulaire entre les parois de l’ouverture et la clavette ;
- une entretoise, disposé entre le dispositif d’accouplement et l’anneau, comprenant une ouverture centrale dans laquelle est insérée l’arbre et la clavette ;
- plusieurs tiges s’étendant de l’élément d’accouplement à l’anneau en traversant l’entretoise, de manière à les solidariser en rotation ;
- un système de blocage de l’arbre disposé à l’intérieur du carter, le système de blocage de l’arbre comprenant :
- une came disposée autour de l’arbre et comprenant un logement recevant la clavette, la came étant propre à être entraînée par la clavette ;
- plusieurs galets disposés de manière circonférentielle autour de l’arbre entre les tiges, les galets s’étendant depuis le dispositif d’accouplement vers l’anneau en traversant l’entretoise de façon à permettre un jeu circonférentiel au niveau du dispositif d’accouplement, un jeu circonférentiel au niveau de l’entretoise et un jeu circonférentiel au niveau de l’anneau ;
- plusieurs ressorts de compression disposés autour de l’arbre, chaque ressort comprenant un axe de compression perpendiculaire à l’axe de chaque galet, les ressorts étant fixés dans le dispositif d’accouplement et dans l’anneau, les ressorts étant adaptés pour maintenir les galets en contact avec la came, lorsqu’ils sont au repos, à raison de deux ressorts par galets ; le dispositif antidévireur bidirectionnel étant tel que lorsque l’arbre reçoit un couple issu d’un organe autre que le système d’entrainement en rotation de l’arbre, la came coince un galet sur deux en butée contre le carter, bloquant ainsi tout mouvement de rotation de l’arbre, tandis qu’un couple appliqué au système d’entrainement en rotation provoque successivement grâce aux jeux circonférentiels, l’écartement d’un galet sur deux, afin de libérer la came du contact des galets, puis l’entrainement en rotation par les jeux angulaires de la clavette, et donc la rotation de l’arbre par rapport au carter. L’invention concerne également un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation, comprenant un dispositif antidévireur bidirectionnel selon l’invention, dans lequel l’arbre est un écrou d’une vis à rouleaux satellites.
L’invention concerne également un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation comprenant :
- un dispositif antidévireur bidirectionnel adapté pour entrainer en rotation un arbre selon l’invention ;
- un moyen de conversion configuré pour convertir un mouvement de rotation en mouvement de translation, l’arbre d’entrée du dispositif de conversion étant entrainé directement ou indirectement par l’arbre.
Le dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation selon l’invention est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- le moyen de conversion est une vis à rouleaux satellites ou une vis à billes ;
- un amortisseur configuré pour s’opposer au relèvement du moyen de conversion lorsque l’arbre de sortie du moyen de conversion est en fin de course ;
- l’amortisseur comprend une rondelle élastique.
L’invention concerne également un ensemble comprenant un robinet, le robinet comprenant une tige et un obturateur, configuré pour que la tige soit entraînée en translation par le dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation selon l’invention, de sorte à placer l’obturateur dans une position stable.
L’ensemble comprenant un robinet selon l’invention est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - une liaison mécanique, la liaison mécanique étant configurée pour empêcher la transmission d’un mouvement de rotation par la tige au dispositif selon l’invention ;
- la liaison mécanique est une liaison rotule à doigt, le doigt étant optionnellement configuré pour indiquer la position de la tige du robinet ;
- la liaison mécanique est une liaison pivot non glissant sur l’axe.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre une vue schématique d’un robinet comprenant la nouvelle chaine cinématique selon l’invention ;
La figure 2 illustre schématiquement le dispositif antidévireur bidirectionnel ;
La figure 3 illustre schématiquement une vue partielle du dispositif antidévireur bidirectionnel ;
La figure 4 illustre une vue schématique d’un robinet selon un mode de réalisation de l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
La figure 1 illustre un robinet 1000 selon un mode de réalisation de l’invention. Un tel robinet permet d’obturer une conduite 600, la conduite 600 pouvant contenir tout type de fluides, par exemple de l’eau ou du gaz, au sein d’installations industrielles, d’infrastructures d’acheminement ou d’autres type de circuit. Le robinet 1000 comprend à ce titre plusieurs éléments formant une chaine cinématique permettant d’obturer la conduite 600 à laquelle il est lié. En particulier, le robinet 1000 comprend un actionneur 100 émettant un mouvement de rotation et connecté à un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000, le mouvement de translation étant appliqué à un ensemble de fermeture 500 de la conduite 600. De manière non limitative et comme visible sur la figure 1 , la conduite 600 s’étend selon un premier axe B et le robinet 1000 s’étend selon un deuxième axe A perpendiculaire au premier axe B. Le deuxième axe A constitue l’axe principal de la chaine cinématique.
L’actionneur 100 est adapté pour transmettre ou générer un couple de rotation. Il peut s’agir par exemple d’un volant manuel, d’un moteur électrique ou de tout autre moyen apte à être utilisé dans ce but. Ce couple de rotation est donc transmis à un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000, qui meut ainsi en translation l’ensemble de fermeture 500, composé d’une tige 501 et d’un obturateur 502, en position ouverte ou fermée selon le sens de rotation de l’actionneur 100, de sorte à ouvrir ou à obturer la conduite 600.
Plus précisément, le dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000 comprend :
- Un dispositif antidévireur bidirectionnel 200 adapté pour entrainer en rotation un arbre 2 s’étendant longitudinalement le long du deuxième axe A ;
- Un moyen de conversion 300 configuré pour convertir le mouvement de rotation de l’arbre 2 en un mouvement de translation ;
Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation préféré d’un dispositif antidévireur bidirectionnel 200 adapté pour entrainer en rotation l’arbre 2 de façon bidirectionnelle et irréversible. Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 comprend un carter 0 disposé autour d’un arbre 2 mobile en rotation par rapport au carter 0. Dans l’arbre 2 est inséré, par exemple dans une rainure de clavetage, une clavette 3 qui s’étend le long de l’arbre 2 et en saillie de l’arbre 2 sur une partie de sa longueur.
Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 se compose d’un système d’entrainement en rotation 10 autour du deuxième axe A de l’arbre 2. Le système d’entrainement en rotation 10 est avantageusement constitué d’un dispositif d’accouplement 1 configuré pour s’accoupler avec l’actionneur 100. Le dispositif d’accouplement 1 est de préférence une pièce cylindrique, comprenant une ouverture centrale 11 logeant l’arbre 2 et la clavette 3, tout en permettant un premier jeu angulaire 12 entre les parois de l’ouverture centrale 11 et la clavette 3. En face et à distance du dispositif d’accouplement 1 est disposé un anneau 6, comprenant une ouverture centrale 61 dans laquelle est insérée l’arbre 2 et la clavette 3 en permettant un deuxième jeu angulaire 62 entre les parois de l’ouverture et la clavette 3, de préférence d’une amplitude identique ou proche de celle du jeu angulaire 12.
Au moins une entretoise 7, de préférence deux entretoises 7, sont disposées entre le dispositif d’accouplement 1 et l’anneau 6, et chaque entretoise 7 comprend elle aussi une ouverture centrale 71 dans laquelle est insérée l’arbre 2 et la clavette 3. Plusieurs tiges 8 s’étendent de l’élément d’accouplement 1 à l’anneau 6 en traversant les entretoises 7 par des orifices comprenant un jeu circonférentiel 74, de manière à solidariser le système d’entrainement en rotation 10, c’est-à-dire que le dispositif d’accouplement 1 et l’anneau 6 sont solidaires entre eux en rotation ou en translation et en rotation, et que les entretoises 7 sont solidaires en rotation avec le dispositif d’accouplement 1 et l’anneau 6. Les tiges 8 peuvent être de profil circulaire ou polygonal pour offrir plus de rigidité au système d’entrainement en rotation 10.
Entre le carter 0 et les entretoises 7 peuvent être positionnés des roulements à billes 75, qui guident en rotation les entretoises 7 à l’intérieur du carter 0 et supportent la charge axiale du poids du dispositif antidévireur bidirectionnel 200. Les entretoises 7 et optionnellement les entretoises 7 et les roulements à billes 75 permettent de centrer l’arbre 2 dans le carter 0 et donc de les rendre coaxiaux à l’axe A.
Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 se compose en outre d’un système de blocage 20 de l’arbre 2, disposé à l’intérieur du carter 0 et composé d’une came 4, de plusieurs galets 5 et de plusieurs ressorts 9.
La came 4 est disposée autour de l’arbre 2 et comprend un logement recevant la clavette 3, de sorte que la came 4 est propre à être entraînée en rotation par la clavette 3 quand l’arbre 2 est en mouvement.
Les galets 5 sont disposés de manière circonférentielle autour de l’arbre 2, entre les tiges 8, les galets 5 s’étendant depuis le dispositif d’accouplement 1 vers l’anneau 6 en traversant les entretoises 7 par un ensemble d'orifices comportant chacun un jeu circonférentiel 73. L’extrémité des galets 5 est insérée de façon à permettre un jeu circonférentiel 13 au niveau du dispositif d’accouplement 1 et un jeu circonférentiel 63 au niveau de l’anneau 6, c’est-à-dire que des orifices du dispositif d’accouplement 1 et de l’anneau 6 recevant les extrémités des galets 5 sont d’un diamètre supérieur à celui des galets 5. De même, les jeux circonférentiels 13 et 63 sont préférentiellement d’un diamètre moins important que le diamètre du jeu circonférentiel 73 des entretoises 7.
Les ressorts 9, par exemple des ressorts de compression, sont disposés autour de l’arbre 2, chaque ressort 9 comprenant un axe de compression perpendiculaire à l’axe C de chaque galet 5. Les ressorts 9 sont logés dans le dispositif d’accouplement 1 et dans l’anneau 6, et sont adaptés pour maintenir les galets 5 en contact avec la came
4 et le carter 0. Il y a donc deux ressorts 9 par galets 5. La figure 3 montre en particulier une configuration des ressorts 9 logés dans l’anneau 6, de sorte que quatre ressorts 9 appliquent une force opposée à un premier sens de rotation sur quatre galets 5 et réciproquement pour les autres ressorts 9 dans un l’autre sens de rotation.
Le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 fonctionne donc de sorte que lorsque l’arbre 2 reçoit un couple issu d’un organe autre que le système d’entrainement en rotation 10 de l’arbre 2, par exemple un couple provenant du moyen de conversion 300, la came 4, qui reçoit le couple par l’intermédiaire de la clavette 3, coince un galet
5 sur deux en butée contre le carter 0, bloquant tout mouvement de rotation de l’arbre 2, tandis qu’un couple appliqué au système d’entrainement 10 provoque successivement, grâce aux jeux circonférentiels 13 et 63, l’écartement d’un galet 5 afin de libérer la came 4 du contact des galets 5, puis l’entrainement en rotation de l’arbre 2 par les jeux angulaires 12 et 62 de la clavette 3, permettant ainsi la rotation de l’arbre 2 par rapport au carter 0. Les entretoises 7 ne sont pas entraînées de suite par les tiges 8 lors de l’écartement des galets 5 grâce au jeu circonférentiel 74.
Le couple de rotation de l’arbre 2 est alors transmis au moyen de conversion 300 du mouvement de rotation en mouvement de translation. Pour effectuer la transmission entre l’arbre 2 et le moyen de conversion 300, il peut être utilisé tout type d’accouplement mécanique entre l’arbre 2 et un arbre d’entrée 301 du moyen de conversion 300, par exemple un raccordement type tenon mortaise. Le moyen de conversion 300 a pour fonction de transformer le couple imposé par l’arbre 2 en un effort de traction ou de compression (selon le sens de rotation) sur la tige 501 . Dans le mode de réalisation de la figure 4, le moyen de conversion 300 est une vis à rouleaux satellites. L’écrou de la vis à rouleaux satellites correspond à l’arbre d’entrée 301 et la vis correspond à un arbre de sortie 302 du moyen de conversion 300. Une vis à rouleaux satellites offre une transformation à haut rendement par rapport à d’autre moyens utilisés dans l’art antérieur.
Le mouvement de translation du moyen de conversion 300 est transmis à une tige 501 de robinet, par une liaison mécanique 50, par exemple une liaison pivot non glissant, ou tout autre type de liaison mécanique permettant d’empêcher toute transmission d’un mouvement de rotation de la tige de robinet à l’arbre de sortie 302. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la liaison mécanique 50 est une liaison de type rotule à doigt dont le doigt permet d’indiquer la position du robinet 1000.
La tige 501 est de préférence solidaire en translation avec l’obturateur 502. L’ensemble formé par la tige 501 et l’obturateur 502 est ainsi translaté dans une direction ou une autre suivant l’axe A, selon le sens de rotation imposé par l’actionneur 100, afin de déplacer l’obturateur 502 entre deux positions extrêmes stables, l’une obturant le conduit et l’autre laissant libre le conduit, ces positions étant respectivement les configurations ouverte et fermée du robinet 1000.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, et par référence à la figure 1 , la fermeture du robinet 1000 s’effectue lorsqu’un actionneur 100 applique un couple au dispositif d’accouplement 1 du dispositif antidériveur 200, ce qui entraine en rotation l’arbre 2 par rapport au carter 0 et à l’axe A. L’arbre 2 entraine alors l’arbre d’entrée 301 du moyen de conversion 300, ce qui provoque la translation, vers la conduite 600 en suivant l’axe A, de l’arbre de sortie 302. Le mouvement de translation est transmis par la liaison mécanique 50 à la tige 501 , ce qui place l’obturateur 502 en position au sein de la conduite 600. L’ouverture du robinet 1000 s’opère en imprimant un couple inverse au dispositif d’accouplement 1 . Un effet de fond dans la conduite 600 ou tout autre évènement qui appliquerait à l’obturateur 502 une force de translation suivant l’axe A vers l’autre extrémité du robinet 1000, à savoir l’actionneur 100, serait transmise par la tige 501 , la liaison mécanique 50, l’arbre de sortie 302, le moyen de conversion 300 et l’arbre de sortie 301 mais ne provoquerait pas de mouvement grâce au système de blocage 20 de l’arbre 2 du dispositif antidévireur bidirectionnel 200.
Par rapport aux robinets de l’art antérieur utilisant des ensembles tige fileté et écrou à filet trapézoïdal, la chaine cinématique proposée ici offre un rendement bien supérieur, estimé de 85% à 90%, en permettant l’usage de moyen de conversion 300 d’un mouvement de translation en mouvement de rotation tel qu’une vis à rouleaux satellites. Ce type de moyen offre en effet une réduction importante des frottements. L’irréversibilité du mouvement est assurée par le dispositif antidévireur bidirectionnel 200, qui empêche toute rotation de l’arbre 2 qui ne serait pas issue du couple imposé par l’actionneur 100 et transmis par le dispositif d’accouplement 1 . De plus, la réduction des frottements réduit l’usure et accroit donc la durée de vie globale de la chaine cinématique, et par conséquent du robinet 1000.
Dans un mode de réalisation alternatif, un amortisseur 400 a pour fonction de réduire l’accroissement du couple que doit fournir l’actionneur 100 lorsque l’obturateur 502 vient en butée dans sa position d’obturation, à l’issue d’un mouvement de fermeture du robinet 1000. L’amortisseur 400 est placé par exemple verticalement à au moins une partie de l’arbre d’entrée 301. L’amortisseur 400 peut par exemple comprendre une ou plusieurs rondelles élastiques 401 compressibles. Dans le mode de réalisation de la figure 4, les rondelles élastiques 401 s’opposent ainsi au relèvement de l’écrou de la vis à rouleaux satellites, relèvement provoqué par la fin de course de l’ensemble formé par la tige 501 et l’obturateur 502. L’amortisseur 400 permet donc une manœuvrabilité globale améliorée du robinet 1000.
Dans un autre mode de réalisation alternatif, le moyen de conversion 300 du mouvement de translation en mouvement de rotation peut être intégré directement à l’intérieur du dispositif antidévireur bidirectionnel 200. Par exemple, l’arbre 2 peut être l’écrou d’une vis à rouleaux satellites, de sorte que le couple imposé par l’actionneur 100 et transmis par le dispositif d’accouplement 1 mette en rotation l’écrou, ce qui provoque la translation de la vis passant au travers du dispositif antidévireur bidirectionnel 200. Le robinet 1000 doté d’un tel dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000 à l’avantage d’être beaucoup plus compact tout en offrant les mêmes fonctions.
L’association du dispositif antidévireur bidirectionnel 200 proposé et d’un moyen de conversion 300 d’un mouvement de rotation en mouvement de translation forme un dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation 2000, qui peut être monté indépendamment sur de nombreux type d’organes mécaniques existants, par exemple un robinet 1000 à tige en translation comme celui décrit ici.
Cependant, le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 décrit ici peut également être monté, indépendamment d’un moyen de conversion 300 ou de tout autre élément décrit ici, sur tout type de dispositifs mécaniques. Par exemple, le dispositif antidévireur bidirectionnel 200 peut être intégré à un robinet à tige en rotation, qui ne nécessite pas de conversion du couple d’un actionneur en un mouvement de translation. L’invention permet, grâce aux meilleurs rendements offerts, de réduire la puissance nécessaire pour les actionneurs et d’améliorer la manœuvrabilité du robinet. La maintenance peut être effectuée sur l’actionneur 100 tout en laissant le robinet 1000 monté sur la conduite 600. La réduction de la puissance nécessaire à fournir par l’actionneur 100 permet la réduction de la taille de celui-ci, et donc une diminution du poids global du robinet 1000. La diminution du poids permet également une meilleure tenue sous séisme.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif antidévireur bidirectionnel (200) adapté pour transmettre un couple de rotation d’un actionneur (100) à un arbre (2) comprenant :
- un carter (0) disposé autour d’un arbre (2), adapté pour être en rotation autour d’un axe (A) de rotation et mobile en rotation par rapport au carter (0) ;
- une clavette (3) s’étendant radialement en saillie depuis l’arbre (2) ;
- un système d’entrainement en rotation (10) de l’arbre (2) disposé à l’intérieur du carter (0), le système d’entrainement en rotation (10) comprenant :
- un dispositif d’accouplement (1 ) avec l’actionneur (100) comprenant une ouverture centrale (11 ) dans laquelle est insérée l’arbre (2) et la clavette (3) en permettant un jeu angulaire (12) entre les parois de l’ouverture centrale (11 ) et la clavette (3) ;
- un anneau (6), disposé en face et à distance du dispositif d’accouplement (1 ), l’anneau (6) comprenant une ouverture centrale (61 ) dans laquelle est insérée l’arbre (2) et la clavette (3) en permettant un jeu angulaire (62) entre les parois de l’ouverture et la clavette (3) ;
- une entretoise (7), disposé entre le dispositif d’accouplement (1 ) et l’anneau (6), comprenant une ouverture centrale (71 ) dans laquelle est insérée l’arbre (2) et la clavette (3) ;
- plusieurs tiges (8) s’étendant de l’élément d’accouplement (1 ) à l’anneau (6) en traversant l’entretoise (7), de manière à les solidariser en rotation ;
- un système de blocage (20) de l’arbre (2) disposé à l’intérieur du carter (0), le système de blocage (20) de l’arbre (2) comprenant :
- une came (4) disposée autour de l’arbre (2) et comprenant un logement recevant la clavette (3), la came (4) étant propre à être entraînée par la clavette (3) ;
- plusieurs galets (5) disposés de manière circonférentielle autour de l’arbre (2) entre les tiges (8), les galets (5) s’étendant depuis le dispositif d’accouplement (1 ) vers l’anneau (6) en traversant l’entretoise (7) de façon à permettre un jeu circonférentiel (13) au niveau du dispositif d’accouplement (1 ), un jeu circonférentiel (73) au niveau de l’entretoise (7) et un jeu circonférentiel (63) au niveau de l’anneau (6) ;
- plusieurs ressorts (9) de compression disposés autour de l’arbre (2), chaque ressort (9) comprenant un axe de compression perpendiculaire à l’axe (C) de chaque galet (5), les ressorts (9) étant fixés dans le dispositif d’accouplement (1 ) et dans l’anneau (6), les ressorts (9) étant adaptés pour maintenir les galets (5) en contact avec la came (4), lorsqu’ils sont au repos, à raison de deux ressorts par galets (5) ; le dispositif antidévireur bidirectionnel (200) étant tel que lorsque l’arbre (2) reçoit un couple issu d’un organe autre que le système d’entrainement en rotation (10) de l’arbre (2), la came (4) coince un galet (5) sur deux en butée contre le carter (0), bloquant ainsi tout mouvement de rotation de l’arbre (2), tandis qu’un couple appliqué au système d’entrainement en rotation (10) provoque successivement, grâce aux jeux circonférentiels (13) et (63), l’écartement d’un galet (5) sur deux, afin de libérer la came (4) du contact des galets (5), puis l’entrainement en rotation par les jeux angulaires (12) et (62) de la clavette (3), et donc la rotation de l’arbre (2) par rapport au carter (0).
2. Dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation (2000), comprenant un dispositif antidévireur bidirectionnel (200) selon la revendication 1 , dans lequel l’arbre (2) est un écrou d’une vis à rouleaux satellites.
3. Dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation (2000) comprenant :
- un dispositif antidévireur bidirectionnel (200) adapté pour entrainer en rotation un arbre (2) selon la revendication 1 ;
- un moyen de conversion (300) configuré pour convertir un mouvement de rotation en mouvement de translation, l’arbre d’entrée (301 ) du dispositif de conversion étant entrainé directement ou indirectement par l’arbre (2).
4. Dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation (2000) selon la revendication 3, dans lequel le moyen de conversion (300) est une vis à rouleaux satellites ou une vis à billes.
5. Dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation (2000) selon l’une quelconque des revendications 3 à 4, le dispositif comprenant un amortisseur (400) configuré pour s’opposer au relèvement du moyen de conversion (300) lorsque l’arbre de sortie (302) du moyen de conversion (300) est en fin de course.
6. Dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation (2000) selon la revendication 5, dans lequel l’amortisseur (400) comprend une rondelle élastique (401 ).
7. Ensemble comprenant un robinet (1000), le robinet (1000) comprenant une tige (501 ) et un obturateur (502), configuré pour que la tige (501 ) soit entraînée en translation par le dispositif de conversion irréversible d’un mouvement de rotation en mouvement de translation (2000) selon l’une des revendications 2 à 6, de sorte à placer l’obturateur (502) dans une position stable.
8. Ensemble selon la revendication 7, comprenant en outre une liaison mécanique (50), la liaison mécanique (50) étant configurée pour empêcher la transmission d’un mouvement de rotation par la tige (501 ) au dispositif selon l’une des revendications 2 à 6.
9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel la liaison mécanique (50) est une liaison rotule à doigt (51 ), le doigt étant optionnellement configuré pour indiquer la position de la tige (501 ) du robinet (1000).
10. Ensemble selon la revendication 8, dans laquelle la liaison mécanique (50) est une liaison pivot non glissant sur l’axe (A).
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