Actionneurs rotatifs pneumatiques - Leur fonctionnement

Actionneurs rotatifs pneumatiques - Comment fonctionnent-ils ?

Actionneurs rotatifs pneumatiques

Figure 1 : Actionneurs rotatifs pneumatiques

Un actionneur rotatif pneumatique utilise de l'air comprimé pour générer son énergie de fonctionnement. Certains sont conçus spécifiquement pour commander à distance des vannes. L'air propre et sec peut être fourni par une station centrale d'air comprimé ou, dans le cas d'un système de gaz comprimé, par le gaz de traitement. Le gaz résiduel peut ensuite être rejeté dans l'air ou dans une tuyauterie de traitement à plus basse pression en aval. Ils sont généralement utilisés pour automatiser et contrôler à distance les vannes quart de tour ou multi-tours, comme les vannes à bille ou les vannes papillon.

Un actionneur rotatif pneumatique est constitué d'une ou plusieurs chambres à air avec un piston ou une membrane à soufflet. Selon la conception, la pression de l'air force le piston ou le diaphragme à se déplacer, créant un mouvement linéaire ou rotatif. Si le mouvement créé est linéaire, il convertit alors en interne le mouvement linéaire en mouvement rotatif. Les actionneurs rotatifs pneumatiques sont durables, offrent une force élevée par rapport à leur taille et peuvent être utilisés dans des environnements dangereux.

En général, pour actionner une vanne rotative, on utilise un actionneur rotatif. Cependant, il existe également des conceptions qui utilisent des cylindres pneumatiques, qui créent un mouvement linéaire, pour générer un couple au moyen de bras pivotants ou de roulements. Cependant, la spécification d'actionneurs rotatifs pneumatiques pour ces applications peut simplifier la conception et augmenter la durée de vie. Les actionneurs rotatifs pneumatiques sont autonomes, leurs pièces ne sont donc pas exposées aux contaminants et aux environnements agressifs, ce qui signifie qu'ils sont moins susceptibles de nécessiter une maintenance au cours de leur vie.

 

Simple effet vs. Double action

Les actionneurs pneumatiques peuvent être à simple ou double effet. Un actionneur à double effet est alimenté en air des deux côtés du piston. Une pression d'air plus élevée d'un côté ou de l'autre crée un mouvement pour ouvrir et fermer la valve. Un actionneur à simple effet, quant à lui, est alimenté en air d'un côté et utilise un ou plusieurs ressorts pour ramener le piston en position. Un actionneur à ressort de rappel peut être conçu pour être fermé par un ressort ou ouvert par un ressort. Ces actionneurs économisent l'air comprimé, mais les actionneurs à double effet offrent un meilleur contrôle et fonctionnent à des taux de cycle plus élevés. Dans certaines applications, les actionneurs à ressort de rappel peuvent présenter l'avantage de revenir à la position de base en cas de perte de pression ou de puissance.

Design

Dans les actionneurs rotatifs pneumatiques, la force linéaire d'un piston est convertie en couple par des mécanismes tels que la crémaillère ou l'étrier. En revanche, les actionneurs à palettes peuvent produire directement un couple à partir de la pression de l'air.

Crémaillère et pignon

Une crémaillère, comme le montre la figure 2, est constituée d'un engrenage circulaire (le pignon) en prise avec un engrenage linéaire (la crémaillère). Lorsqu'il est actionné, le piston qui est fixé à la crémaillère se déplace linéairement. Grâce à la connexion de l'engrenage au pignon, il le fait tourner avec l'arbre de sortie fixé, transformant ainsi efficacement le mouvement linéaire en mouvement de rotation.

Engrenages à crémaillèreactionneur rotatif à crémaillère à double effet

Figure 2 : Des engrenages à crémaillère à gauche et un actionneur rotatif à crémaillère à double effet à droite

Souvent, deux pistons et crémaillères sont installés sur le côté opposé l'un de l'autre pour doubler la quantité de couple sur le pignon, comme le montre la figure 3. Dans cet actionneur à double effet, les deux chambres latérales sont remplies d'air sous pression qui pousse les pistons vers le centre. Pour ramener les pistons à la position initiale, la chambre au centre est à son tour mise sous pression.

Actionneurs rotatifs à crémaillère à double effet, avec une crémaillère à gauche et une à droite

Figure 3 : Actionneurs rotatifs à crémaillère à double effet, avec une crémaillère à gauche et une à droite

La conception de la crémaillère et du pignon a un rendement mécanique assez élevé. Ils peuvent produire une gamme de couples allant de quelques Nm à plusieurs milliers de Nm.

Les actionneurs à crémaillère usés sont sujets à un jeu, causé par des engrenages usés et des espaces entre les engrenages, ce qui entraîne une réduction de la précision. Lorsque la précision du positionnement est essentielle, les versions à double rack sont recommandées. Par rapport aux actionneurs à ailettes, les modèles à crémaillère ont une plus grande plage d'oscillation.

Joug écossais

Actionneurs à étrier Scotch

Figure 4 : Actionneurs à étrier Scotch

Dans un mécanisme à étrier, l'arbre du piston est engagé avec un arbre rotatif par l'intermédiaire d'un axe et d'une fente, comme le montre la figure 5. Le mouvement linéaire de l'arbre entraîne la rotation de l'axe. Les actionneurs à arcade Scotch peuvent être à ressort de rappel ou à double effet. Ces actionneurs peuvent également être équipés de deux pistons opposés pour doubler la quantité de couple sur l'arbre de sortie, comme le montre la figure 5 à droite. Les actionneurs à fourche Scotch sont des actionneurs à usage intensif produisant des couples allant de plusieurs milliers à des centaines de milliers de Nm.

Actionneurs pneumatiques Scotch Yoke à ressort de rappel (simple effet)Actionneurs pneumatiques Scotch Yoke à ressort de rappel (simple effet)

Figure 5 : Actionneurs pneumatiques Scotch Yoke à ressort de rappel (simple effet)

Vane-type

Un actionneur à ailettes illustré à la figure 6 possède une chambre avec un arbre qui la traverse et une ailette qui y est reliée. Lorsque de l'air comprimé est envoyé d'un côté de l'ailette, la pression différentielle entraîne la rotation de l'ailette et de l'arbre.

Intérieur de la chambre d'un actionneur à palettesactionneur à palettes

Figure 6 : Intérieur de la chambre d'un actionneur à palettes à gauche et d'un actionneur à palettes à droite

Les actionneurs à palette sont des actionneurs légers produisant des couples allant d'une fraction de Nm à plusieurs centaines. Ils peuvent être à rappel par ressort ou à double effet et existent en configuration à simple ou double ailette. Les configurations à double ailette fournissent des couples plus élevés au détriment de plages d'oscillation plus petites. L'oscillation des actionneurs à double ailette varie de 90° à 100° alors que les actionneurs à ailette simple peuvent avoir une plage allant jusqu'à 280°.

Critères de sélection

La première étape du choix d'un actionneur rotatif pneumatique consiste à déterminer le type d'actionneur le mieux adapté à votre application. Bien que les actionneurs à fourche soient principalement utilisés pour les applications lourdes, il est sage de considérer vos options lorsque vous choisissez un actionneur rotatif pour les applications légères et moyennes.

Actionneurs à crémaillère :

  • Avantages
    • Rendement mécanique supérieur - 90 à 95 %
    • Applications à usage moyen
    • Actionnement à grande vitesse
    • Plus grande plage d'oscillation
  • Inconvénients
    • Sujet à des contrecoups dus à l'usure
    • Légèrement plus cher

Actionneurs à palettes :

  • Avantages
    • Généralement, plus économique en termes d'argent pour les capacités de couple
    • Applications légères et moyennes
    • Un positionnement précis
  • Inconvénients
    • Durée de vie plus courte par rapport aux actionneurs à crémaillère
    • Un rendement mécanique légèrement inférieur, principalement en raison des fuites autour de l'ailette
    • Plage d'oscillation limitée

Le dimensionnement de l'actionneur serait alors l'étape suivante. Les actionneurs pneumatiques sont souvent caractérisés avant tout par la quantité de couple qu'ils peuvent produire ou arrêter, ce qui conduit au dimensionnement de l'actionneur. Un actionneur d'une certaine taille est également susceptible de fournir une plage de couple en fonction de la pression de commande qui lui est appliquée. Les autres critères à prendre en compte lors de la sélection d'un actionneur rotatif sont l'angle de rotation, le volume d'air nécessaire au fonctionnement, le fluide de commande, les matériaux et l'interface, notamment les options d'arbre de sortie, les tailles de bride et les orifices d'air pilote.

Informations complémentaires

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