Actionneur pneumatique à joug écossais

Caractéristiques rapides

Retour par ressort (simple effet) ou double effet

500–100 000 Nm selon les tailles de modèle

Rotation quart de tour 90°

ISO 5211 (montage), NAMUR (montage d'électrovanne)

Vérin unique, double piston ; mécanisme à came écossaise convertit le mouvement linéaire du piston en sortie rotative 90°

Cartouches de ressort dans le vérin (modèles à retour par ressort) ; multiples jeux de ressorts disponibles ; ou double effet sans ressorts

Bride ISO 5211 directe vers le corps de vanne ou support ; interface NAMUR pour électrovanne et accessoires

Le couple variable est le véritable avantage de la came écossaise

Les actionneurs à crémaillère-pignon produisent un couple constant sur la course de 90°. Les actionneurs à came écossaise produisent un couple variable — et cette variabilité est la raison de leur existence.

Les vannes à quart de tour ont besoin de plus de couple pour désengager la bille ou le disque du siège que pour maintenir la rotation. Le couple de décrochage à la position de siège dépasse le couple de fonctionnement à mi-course de 30 à 50 % sur les vannes papillon et à bille typiques. Sur les grandes vannes à haute pression, ce différentiel s'agrandit. Une vanne à bille de 24 pouces Class 300 peut nécessiter 15 000 Nm pour décrocher du siège mais seulement 8 000 Nm de couple de fonctionnement à mi-course.

La géométrie à came écossaise y répond. Le bras de came convertit la force du piston en moment rotationnel — et ce rapport de conversion change au fil de la course. À la position de décrochage initiale (rotation 0–10°), la géométrie du bras de came produit un multiplicateur de couple plus élevé. La force du piston est amplifiée en une force rotationnelle plus importante au début de la course, exactement là où la vanne en a le plus besoin. À mi-course, le multiplicateur chute, correspondant à l'exigence de couple de fonctionnement plus faible. Le profil de couple correspond à la courbe de demande de couple de la vanne.

Des actionneurs plus petits sur de grandes vannes

Parce que la came écossaise délivre un couple de décrochage plus élevé par unité d'alimentation en air, vous pouvez spécifier un actionneur plus petit pour la même vanne. Ou fonctionner à une pression d'alimentation plus faible. Ou les deux. Sur une vanne papillon de 36 pouces en service d'eau, un actionneur à came écossaise à 80 psi peut produire un couple de décrochage adéquat là où un actionneur à crémaillère-pignon aurait besoin de 100 psi pour délivrer la même force initiale. Cette différence de pression compte dans les usines où les collecteurs d'air d'instrumentation fonctionnent à 80 psi et où le passage à 100 psi nécessite un régulateur surdimensionné dédié à chaque vanne.

Un mouvement plus fluide prolonge la durée de vie du siège

Les actionneurs à crémaillère-pignon appliquent la force soudainement quand la vanne décolle du siège. La sortie à couple constant signifie que l'actionneur délivre plein couple à l'instant où la vanne commence à bouger — un choc mécanique qui martèle le siège à chaque cycle.

La came écossaise démarre lentement. L'accélération du piston augmente jusqu'à mi-course. Le disque de la vanne se lève du siège progressivement plutôt que de se libérer d'un coup. Sur les grandes vannes à quart de tour à haute pression, ce mouvement de désiège plus fluide réduit la force d'impact sur la bague de siège. La durée de vie du siège s'allonge. Les intervalles de maintenance s'étirent. Sur les vannes qui cyclent fréquemment — vannes d'isolement automatisées sur procédés discontinus — cette différence de durée de vie de siège s'accumule sur des milliers de cycles.

Spécifier la came écossaise quand les exigences de couple sont élevées

Les actionneurs à came écossaise sont le bon choix sur les grandes vannes à quart de tour (papillon 8–48 pouces, bille 8–24 pouces) où le couple de siège dépasse ce que la crémaillère-pignon délivre à une pression d'alimentation raisonnable. Sur les petites vannes où les exigences de couple sont modérées, la crémaillère-pignon est plus simple et moins chère. Ne sur-dimensionnez pas — la complexité et le coût de la came écossaise ne se justifient que lorsque la caractéristique de couple variable résout un problème réel.

R : Le coût et la complexité. Le mécanisme à came écossaise a plus de pièces mobiles que la crémaillère-pignon — le bras de came, la fente et l'axe ajoutent des coûts d'usinage et d'assemblage. Sur les vannes où le couple constant est adéquat, la crémaillère-pignon fait le travail pour moins cher. La came écossaise justifie sa prime sur les grandes vannes avec un couple de décrochage élevé.

R : Cela change la méthode de dimensionnement. Vous dimensionnez en fonction du couple de décrochage au début de la course, pas du couple constant. Calculez l'exigence de couple de siège/désiège de la vanne, puis vérifiez que le couple de la came écossaise à la position de décrochage dépasse cette exigence de votre marge de sécurité. La courbe de couple est publiée dans la fiche technique du fabricant pour chaque taille de modèle.

R : 80 psi est typique. Plus élevé que les actionneurs à membrane car l'alésage du piston est plus petit qu'une surface de membrane. Les actionneurs à came écossaise tolèrent jusqu'à 120 psi sur les modèles à couple élevé — le joint de piston gère la pression. Si votre collecteur d'air d'usine fonctionne à 60 psi, spécifiez une taille d'actionneur plus grande pour compenser.

R : Ils le peuvent, mais ils ne sont pas idéaux pour la régulation précise. La sortie de couple variable signifie que le positionneur voit des conditions de force différentes à différents angles de tige. Pour les vannes à quart de tour modulantes, le couple constant de la crémaillère-pignon donne une réponse de positionneur plus prévisible. La came écossaise excelle sur le tout-ou-rien et l'isolement de service sévère.

R : Les cartouches de ressort se trouvent derrière les pistons dans le vérin. Quand l'air est retiré, les ressorts repoussent les pistons, ce qui fait tourner l'arbre de sortie vers la position de sécurité (0° ou 90°). Différents jeux de cartouches de ressort produisent différentes valeurs de couple de sécurité. Vous sélectionnez le jeu de ressorts en fonction du couple de siège de la vanne à la position de fin de sécurité.