Les actionneurs sont un composant essentiel dans une large gamme de systèmes utilisés dans les secteurs de l'eau, de l'énergie et autres. Mais quoi exactement is un actionneur ? Les nouveaux venus sur le sujet se contentent souvent de considérer ce composant comme un simple interrupteur, en quelque sorte – la partie d'un système basé sur une vanne qui amène la vanne en position ouverte ou fermée. Mais la valeur de ces pièces va de plus en plus au-delà de la simple fonctionnalité « ouverture-fermeture » ​​et s'étend à un domaine où toutes sortes de contrôles sophistiqués deviennent possibles, comme Envirotec découvert lors d'une conversation avec AUMA Actuators UK, la branche britannique de Groupe AUMA, qui emploie plus de 2,800 30 personnes réparties sur XNUMX sites dans le monde.

Les vannes ont un rôle essentiel à jouer dans les systèmes où le débit de fluide (ou de gaz) doit être contrôlé. Dans les applications où l'eau circule dans des canalisations, par exemple, il peut être nécessaire d'arrêter, de démarrer, de ralentir le débit ou de modifier sa direction. Dans certains systèmes, des vannes seront appelées à réguler la pression à différents endroits.

L'industrie de l'eau est une destination privilégiée pour ces composants, bien qu'ils apparaissent dans une vaste gamme de technologies de traitement et d'autres systèmes, y compris la production d'électricité, qu'elle soit à partir du pétrole, du gaz, de la biomasse, de l'énergie issue des déchets ou du nucléaire. Les actionneurs jouent un rôle essentiel dans le processus de contrôle.

Les actionneurs électriques d'aujourd'hui peuvent être contrôlés à distance et recevoir des commandes d'ouverture ou de fermeture provenant de systèmes de contrôle industriels tels que SCADA ou DCS. De même, lorsque l'actionneur a atteint une position d'arrêt ou intermédiaire particulière, il signalera cet état au système de contrôle.

Ce type de fonctionnalité constitue la base – et suffira à de nombreux utilisateurs – mais un contrôle beaucoup plus sophistiqué est possible, et l'offre d'AUMA intègre de plus en plus divers types de fonctionnalités « intelligentes ». C'est là que l'évolution de la technologie autour des vannes et des actionneurs est la plus visible, suggère Paul Hopkins, directeur général d'AUMA au Royaume-Uni, qui a donné une idée des possibilités qui se présentent avec un sous-système qui, selon lui, « est en fait une pièce d'ingénierie passionnante ». .

Que faut-il faire?
Les actionneurs électriques d'AUMA comportent une combinaison d'un moteur électrique et d'un réducteur, spécialement développé pour l'automatisation des vannes. Les actionneurs fournissent le couple nécessaire pour faire fonctionner les pièces mobiles de la vanne, qu'il s'agisse d'une vanne à vanne, à papillon, à globe ou tout autre type de vanne. Comme l'indique le site Internet d'AUMA, les actionneurs de la société couvrent toute la gamme des possibilités, depuis une vanne à bille de 2 pouces jusqu'aux registres inverseurs de plusieurs mètres de haut (voir « Vannes : les bases », en fin d'article, pour en savoir plus sur les vannes).

Le couple est transmis de l'actionneur à la tige ou à l'arbre de la vanne via une interface mécanique standardisée. Ainsi, le type de vanne détermine le choix de l'actionneur, les actionneurs étant disponibles en version « fraction de tour » ou « multitours ».
Les actionneurs fraction de tour ne nécessitent qu'un faible mouvement de rotation (moins de 90 degrés) pour ouvrir ou fermer la vanne et ont tendance à être utilisés pour les vannes fonctionnant de manière marche/arrêt rapide. Les actionneurs multitours appliquent plusieurs rotations à la tige de la vanne pour ouvrir ou fermer complètement la vanne, et sont utilisés lorsque le positionnement de la vanne doit être contrôlé avec précision, comme avec les vannes à guillotine, à soupape ou à tige montante.

Parfois, il est important de contrôler soigneusement le couple appliqué lors de l'ouverture ou de la fermeture d'une vanne, pour éviter d'endommager la vanne ou le processus qu'elle contrôle, a expliqué Hopkins. Les actionneurs assurent également l'interface entre les systèmes de vanne et de contrôle (et l'intelligence intégrée au système plus large), et cet aspect devient de plus en plus important avec des tendances telles que l'IIoT et l'Industrie 4.0.

AUMA fournit le niveau de fonctionnalité de contrôle de base dans sa gamme AM de commandes d'actionneurs, et ces pièces sont considérées comme le choix parfait lorsque vous souhaitez simplement pouvoir signaler la position finale de l'actionneur et les signaux de défaut (qui sont également visiblement affichés par des voyants). sur l'appareil). Des fonctions de contrôle supplémentaires sont possibles avec la gamme de contrôles AC de l'entreprise, considérée comme un choix approprié lorsque vous avez besoin d'un enregistrement de données ou de fonctions de contrôle auto-adaptatives, ou lorsque l'actionneur de vanne est intégré dans un système équipé pour des choses comme la gestion des actifs et télémaintenance. La pièce intègre un contrôle par microprocesseur, offrant des fonctionnalités beaucoup plus complètes, explique Hopkins, ainsi que la possibilité de la connecter à l'automatisation des processus via Fieldbus (une interface parallèle est également disponible, comme pour les commandes AM).

L'unité AC fournit également des fonctions telles que le contournement du couple, pour desserrer les vannes qui sont bien assises, et des fonctions pour aider à éviter les coups de bélier dans les canalisations. Hopkins situe des pièces comme celles-ci dans le paradigme de l'Industrie 4.0 et les trois couches du système de contrôle : les capteurs (« pour vous dire ce qui se passe »), le contrôleur de processus (« pour dire au système ce qu'il doit faire ») et la couche physique ou les périphériques de sortie. Les actionneurs s'inscrivent dans ce dernier niveau du système.

Diverses fonctions de diagnostic sont fournies par le CA, notamment un rapport d'événements horodatés et l'enregistrement des caractéristiques de couple, ainsi que du nombre de démarrages et des durées de fonctionnement du moteur. La surveillance continue de la température et des vibrations est une fonctionnalité qui peut aider les utilisateurs finaux à assurer le fonctionnement fiable de leurs installations, suggère Hopkins, répondant aux aspirations modernes de l'industrie de l'eau en matière de « pas de panne », etc.

Lutter contre les coups de bélier
Le sujet des fuites fait actuellement l’objet de nombreux débats dans l’industrie de l’eau, et plus de 1 2021 milliards de litres d’eau potable ont été perdus à cause de canalisations qui fuyaient en Angleterre et au Pays de Galles en 22/XNUMX, comme l’explique une récente vidéo de l’AUMA. La même présentation explique comment programmer des actionneurs à vitesse variable pour contribuer à calmer le réseau d'eau, en évitant les dommages causés aux canalisations par des surtensions transitoires soudaines. Cet effet de « coup de bélier » se produit lorsque les vannes se ferment brusquement ou à grande vitesse, produisant une onde de haute pression qui se propage dans le réseau, mettant à rude épreuve les vannes, les joints et les composants mécaniques, tout en endommageant parfois les canalisations.

Une solution consiste à faire varier la vitesse d'ouverture ou de fermeture de ces vannes, de manière intelligente, en tenant compte de l'effet global sur la dynamique de changement de pression dans l'ensemble du réseau. Les actionneurs à vitesse variable d'AUMA peuvent être programmés et la course de la vanne (dans le sens d'ouverture et de fermeture) peut être divisée en dix sections di érentes, avec la possibilité de spécifier des vitesses différentes pour chacune.

Ce type de solution peut être utilisé au sein d'un réseau d'eau équipé pour surveiller, analyser et agir sur les transitoires de pression, réduisant ainsi le risque de dommages aux actifs.

Assembler des pièces
Dans le monde réel, les systèmes de vannes-actionneurs semblent appartenir à un spectre de sophistication et de complexité, et la gamme de produits AUMA est construite selon une philosophie de conception modulaire, utilement adaptée pour répondre aux exigences uniques d'utilisateurs spécifiques.

À un certain niveau, explique l'entreprise, la conception modulaire du produit prend en charge des éléments tels qu'une mise à niveau et une réparation faciles, et les systèmes peuvent être facilement mis à niveau des commandes AM aux commandes AC, par exemple (et la compatibilité ascendante est également préservée). Cette approche permet également de fournir plus facilement les combinaisons optimales de composants au sein de l'actionneur (tels que les boîtes de vitesses et les liaisons), adaptées à la situation, ainsi que les meilleures façons de les coupler. Les possibilités incluent un rapprochement
couplage de la vanne et de l'actionneur (plutôt que d'utiliser uniquement des joints universels) et avoir des pièces comme la boîte de vitesses et le moteur situées séparément des commandes - par exemple, en hauteur, ou dans une fosse, ou même sous l'eau. Un exemple de cas où cela s'est avéré utile est celui d'une application de contrôle de turbine hydroélectrique sous-marine à la centrale hydroélectrique de Sauerbrunn près de Graz, en Autriche, à l'automne 2022, qui a abouti à une solution offrant un meilleur contrôle et un meilleur retour d'information à un coût bien inférieur.

Le système nécessitait un actionneur capable de fonctionner en continu sous l'eau, pour assurer un positionnement précis de la turbine et contrôler de manière optimale l'alimentation en eau qu'elle recevait. La seule option auparavant était un actionneur hydraulique, mais AUMA a pu suggérer un actionneur électrique adapté à une utilisation sous-marine (l'AUMA SARV-UW), en combinaison avec des commandes d'actionneur montées au-dessus de l'arbre et séparément de l'actionneur (et au-dessus de l'eau). .

Différents environnements
Une solution modulaire peut sélectionner des pièces spécifiées pour faire face à des environnements particuliers. Bien que des technologies globalement similaires soient utilisées dans des secteurs tels que le pétrole et le gaz, l’EfW et l’énergie nucléaire – en termes de vannes et d’actionneurs utilisés avec les chaudières, par exemple – certains secteurs présentent des exigences spécifiques. Les installations au pétrole, au gaz naturel ou aux EfW nécessiteront par exemple que les pièces soient antidéflagrantes (les produits AM et AC sont disponibles sous cette forme).

La certification est de la plus haute importance dans le secteur nucléaire, a déclaré Hopkins, et les pièces se distinguent par des éléments tels que le niveau de certification, l'origine des matériaux et les machines ou boîtiers utilisés avec le produit.

AUMA s'intéresse à la fois au domaine émergent des petits réacteurs modulaires (SMR) et également à des projets plus importants tels que Hinkley Point C. La protection contre la corrosion est importante dans des secteurs comme l'eau, où les équipements peuvent devoir rester à l'extérieur, en présence de substances salines, côtières. air. AUMA a développé ici sa propre solution, qui est fournie en standard, par exemple, sur ses actionneurs PROFOX, utilisés récemment avec les vannes papillon de l'usine de traitement des eaux de Penybont, sur la côte du centre du Pays de Galles. La protection contre la corrosion répond aux exigences C5-M/C5-I les plus élevées de la norme EN ISO 12944-6.

Alléger la charge
La philosophie de conception modulaire semble être la clé qui sous-tend de nombreuses choses qui peuvent faciliter la vie de l'utilisateur final. Par exemple, dans des situations où il est beaucoup plus logique d’apporter une solution essentiellement préfabriquée sur un site, plutôt que de tout assembler sur place. Effectuer des travaux hors chantier contribue également à assurer la sécurité, explique Hopkins, de sorte que les travaux électriques peuvent être effectués séparément et à un moment différent du reste d'une installation, par exemple.

Une grande flexibilité est disponible pour repérer les opportunités d'amélioration ou de mise à niveau de l'équipement d'un utilisateur final, suggère-t-il. Selon sa propre analyse, l'un des principaux points de défaillance dans l'industrie de l'eau provient du fait que l'arbre d'une vanne de conduite forcée n'est pas correctement graissé.

Il a déclaré que les ingénieurs d'AUMA se sont concentrés sur cet endroit avec un client de service des eaux, en fournissant un graisseur automatique qui non seulement graisse les roulements, mais alimente également la base d'entraînement et graisse l'arbre. Un changement comme celui-ci, dit Hopkins, « est simple, mais permet d'économiser potentiellement des centaines de milliers de livres sur la conduite forcée » et réduit considérablement le nombre de fois qu'elle devra être entretenue.

Ce type de « vente consultative » semble être la clé du fonctionnement de l’entreprise et s’appuie sur l’expertise en ingénierie. La société mère – AUMA – développe et fabrique des actionneurs électriques et des réducteurs de vannes depuis 60 ans. Le vaste réseau de bureaux à travers le monde permet aux ingénieurs du Royaume-Uni de s'appuyer sur l'expertise d'autres personnes, qui peuvent avoir l'expérience de la résolution d'un type particulier de problème.

Les dernières années ont également été marquées par de nombreux bouleversements liés aux problèmes de matériaux, de production et de chaîne d'approvisionnement, explique Hopkins, et la navigation sur ce territoire a été facilitée par l'intégration très verticale d'AUMA, avec des sites comme le bureau de Clevedon d'AUMA Actuators. Limited effectuant ses propres usinages, assemblages, tests et réparations.

Les pièces elles-mêmes sont fabriquées en Allemagne, avec des usines fonctionnant selon un système « kanban », tirant la demande plutôt que de conserver des stocks. En ce qui concerne la capacité, Hopkins affirme que l'entreprise fabrique chaque jour plus de 500 actionneurs électriques sur commande.

[ PANNEAU LATÉRAL ]
Vannes – les bases
Les vannes sont de toutes formes et tailles, avec différentes approches disponibles pour répondre à des besoins spécifiques, en termes de coût, de vitesse, de fiabilité, etc. Certaines applications nécessitent que la vanne soit simplement ouverte ou fermée, tandis que dans d'autres, vous souhaiterez peut-être la maintenir dans diverses positions intermédiaires pour réguler le débit du fluide.

Une pratique courante consiste à diviser le monde des vannes de régulation en parties basées sur un mouvement linéaire (vannes à guillotine, à soupape et à membrane), par rapport à celles basées sur un mouvement rotatif (vannes à bille, à clapet et papillon, par exemple). Les robinets-vannes sont les plus couramment utilisés aujourd’hui, compte tenu de leur relative simplicité et de leur faible coût. Ceux-ci peuvent être utilisés pour démarrer et arrêter l’écoulement du fluide, mais pas pour l’étrangler. Les robinets-vannes ne conviennent pas pour étrangler le débit et peuvent être soumis à des vibrations lorsqu'ils sont laissés en position partiellement ouverte. Ils sont également plus susceptibles de subir une usure des sièges et des disques, ainsi que des fuites, par rapport aux robinets à soupape, par exemple.
[ FIN DU PANNEAU LATÉRAL ]

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