Appareil servant à produire de brèves émissions périodiques d'un fluide sous haute pression
La présente invention concerne le domaine de la technique de production intermittente de souffles ou jets de fluides à haute pression, de très courte durée, ces souffles étant déchargés à des intervalles prédéterminés, et chacun ne durant, par exemple, qu'une fraction de seconde.
Les dispositifs antérieurs destinés à cet usage comportent l'utilisation de soupapes auxiliaires à commande mécanique servant à actionner une soupape principale commandant une canalisation à haute pression, par exemple au moyen de cames ou de butées, ou l'utilisation d'agencements compliqué de diaphragmes et de ressort qui font ouvrir momentanément une soupape principale à des intervalles prédéterminés fixés par le régime d'écoulement d'un fluide à travers un passage rétréci. Dans tous ces appareils ou dispositifs antérieurs, la durée de la décharge à haute pression est difficile à régler et ne pourrait être réduite, dans la plupart des cas, à la valeur voulue pour produire un effet présentant le caractère d'un choc. Les dispositifs antérieurs posent aussi souvent des problèmes d'entretien important et coûteux.
L'appareil servant à produire de brèves émissions périodiques d'un fluide sous haute pression, présentant des moyens de commande du débit de fluide, est caractérisé, selon la présente invention, en ce que lesdits moyens comprennent une soupape principale reliée à une canalisation d'alimentation à haute pression, une soupape auxiliaire servant à ouvrir et à fermer un passage d'écoulement partant du côté de haute pression de la soupape principale et se terminant en un orifice de sortie, un diaphragme placé à l'intérieur de la soupape auxiliaire servant à ouvrir et à fermer l'orifice de sortie, un dispositif dirigeant un jet de fluide contre le côté dudit diaphragme opposé au côté voisin de l'orifice de sortie afin de le fermer, et un moyen servant à interrompre ce jet de fluide pendant de courts intervalles périodiques prédéterminés.
Comparé aux appareils connus, l'appareil selon l'invention se trouve grandement simplifié, les parties mobiles sont réduites à un minimum, et on obtient facilement un réglage sûr et précis de jets à haute pression.
Une utilisation de la présente invention est dans la commande d'un dispositif pneumatique à haute pression et de fort volume, au moyen d'un jet d'air à interruption de faible consommation, servant à produire une onde de choc unique à la vitesse du son dans chacun des éléments creux de filtres de milieux gazeux pour servir à aider aux opérations classiques de rinçage et de lavage à contrecourant.
L'appareil selon l'invention peut cependant être utilisé dans toutes les applications où de brèves émissions périodiques d'un fluide sous haute pression sont exigées.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention.
La fig. t est une vue schématique en coupe montrant la nature et les rapports de fonctionnement des principaux organes composant l'appareil, les soupapes se trouvant dans la position fermée résultant de l'action du jet de commande sur la soupape auxiliaire.
La fig. 2 est une vue semblable, mais montrant les éléments dans l'état résultant de l'interruption du jet de commande, et la fig. 3 est une vue en élévation partiellement en coupe, montrant la soupape auxiliaire et les éléments du jet à interruptions tels qu'on les applique à l'élément rotatif d'un filtre continu dans lequel une onde de choc est produite dans chacun des éléments de filtres successifs et creux par le déclenchement cadencé d'un jet explosif de gaz à haute pression pénétrant dans ces éléments.
L'appareil représenté aux fig. 1 et 2 est constitué par une soupape principale 10 reliée à une canalisation 12 d'air comprimé à haute pression amenant cet air d'un réservoir d'équilibre 14. La sortie 16 de la soupape principale 10 conduit directement à un générateur 18 d'ondes de choc qui comporte un orifice 20 de décharge de jets explosifs ménagé dans sa paroi latérale.
La soupape auxiliaire 30 est constituée par un corps creux contenant un diaphragme 32 qui divise le corps en parties séparées 34 et 36. La partie 34 constitue l'élément de réception du jet de commande et s'ouvre à partir d'un passage relativement étroit 38 de réception dans lequel est normalement dirigé le jet de commande, comme décrit plus loin. La partie 36 du corps constitue la chambre de décharge dans laquelle la canalisation 28 de décharge se termine à travers un ajutage 40 disposé en alignement axial avec un élément 42 de clapet à pilon plongeur monté au centre du diaphragme 32 et venant normalement buter axialement contre l'ajutage 40 pour le fermer.
Comme on le voit, le clapet à piston plongeur est supporté, de façon à se déplacer axialement en coulissant par un dispositif intérieur 44 de renforcement disposé dans la chambre de décharge derrière le diaphragme 32. La chambre de décharge est également reliée à l'atmosphère par des ouvertures 46 ménagées dans le corps.
Le jet de commande est refoulé dans le passage 38 de réception au moyen d'une buse 48 alignée axialement et montée dans un dispositif approprié 50 d'alimentation d'air comprimé, la buse 48 se trouvant à distance de l'extrémité d'entrée du passage 38 de réception pour permettre de faire passer entre eux un élément d'interruption 52.
Tant que le débit d'air traversant l'intervalle ambiant 54 (I'espace séparant la buse 48 et le passage 38) n'est pas troublé, le jet d'air 56 provenant de la buse 48 transmet une pression due à la vitesse au côté de basse pression du diaphragme 32. Etant donné que cette pression agit sur une grande surface, le piston plongeur 42, qui présente une surface relativement bien plus petite, est refoulé contre le siège 40 d'écoulement de sortie.
Il en résulte que la canalisation 28 de décharge est fermée alors même que la pression statique qui se trouve à l'intérieur est à peu près la même que la pression de la canalisation du conduit 12. La haute pression qui existe dans la chambre 24 de pression de la soupape principale, alimentée par la dérivation 26, maintient ainsi le diaphragme 22 de commande de la soupape principale en position fermée contre la sortie 16 de la soupape conduisant au générateur 18 d'ondes de choc et contre l'entrée 17, comme on le voit sur la fig. 1.
Quand un élément 52 d'interposition ou d'interruption vient couper le jet d'air 56 ou passe en travers de celui-ci dans l'intervalle ambiant 54 (fig. 2), la pression normale transmise dans la partie de réception 34 se trouve bloquée, en libérant momentanément la force de maintien s'exerçant sur le côté de faible pression du diaphragme 32, et en permettant que le plongeur 42 quitte son siège sous l'action de la pression s'exerçant dans la canalisation 28 de décharge venant de la chambre 24 sous pression de la soupape principale de commande.
Ceci permet à la pression existant dans la chambre 24 de se dégager vers l'atmosphère par les ouvertures 46 de la soupape auxiliaire 30, et que le diaphragme 22 fléchisse brusquement (pendant une fraction de seconde) pour établir une communication entre les orifices 16 et 17 et qu'il autorise le passage soudain de l'air sous haute pression provenant de la canalisation
12, sous l'impulsion du grand volume du réservoir d'équilibre 14, dans la canalisation 18. Cette décharge momentanée, soudaine et explosive, de gaz à haute pression par l'orifice 20 provoque une onde de pression unique qui se déplace à la vitesse du son, ou à une vitesse s'en rapprochant, en s'éloignant de l'orifice 20 de la direction de l'axe de celui-ci.
Quand l'élément 52 d'interruption se retire, ces opérations s'inversent et la force du jet 56 fait porter le piston plongeur 42 sur la sortie 40 de décharge, de sorte que la haute pression émanant de la canalisation 12, par l'intermédiaire de la dérivation 26, fait de nouveau porter le diaphragme 22 et interrompt le flux sous pression venant de la soupape
10 et passant par l'orifice 16, les pièces reprenant la position de la fig. 1.
Ce fonctionnement des moyens de commande est extrêmement rapide et la manoeuvre d'ouverture et de fermeture du diaphragme 22 se produit entre l'entrée de l'interrupteur 52 dans le jet 56 et le moment où l'interrupteur sort de celui-ci. De ce fait, la durée de l'écoulement du gaz à haute pression quittant la soupape 10 pour pénétrer dans le conduit 18 est déterminée par la dimension de l'élément d'interruption et sa vitesse de déplacement à travers le jet.
Dans la forme de réalisation préférée de ces moyens de commande servant de générateur d'ondes de choc, la buse 48 est d'un diamètre de 0,762mm; la pression barométrique du gaz à la buse d'injection 48 est d'environ 0,68 à 1,03 bar; la distance entre la buse est de 9,53 mm; et le récepteur 38 présente un diamètre intérieur d'environ 2,54 mm. L'interrupteur 52 est constitué par une tige présentant un diamètre de 0,80mm, et il traverse le jet 56 à une vitesse d'environ 12 mmlsec.
Avec cette relation entre les composants du dispositif de commande et cette vitesse du déplacement relatif de l'interrupteur de jet, la durée effective de la décharge du souffle à haute pression de la soupape principale de commande est de 0,150 seconde.
Un exemple de l'agencement de la soupape auxiliaire et du dispositif de jet à interruptions est représenté sur la fig. 3, dans lequel le dispositif de commande est monté sur le compartiment rotatif creux 60 d'un filtre à milieu gazeux.
Le dispositif 50 d'arrivée d'air du jet communique avec une canalisation 62 d'arrivée d'air comprimé par un passage 64 formé dans le corps du compartiment. Cet air est déchargé sous forme de jet à partir de la buse 48, traverse l'intervalle ambiant 54, et pénètre dans l'entrée 38 du récepteur de la soupape auxiliaire 30. Avec cet agencement, la soupape auxiliaire et la buse produisant le jet se déplacent ensemble, angulairement, à mesure que le compartiment 60 tourne, et la soupape auxiliaire est destinée à fonctionner pour produire un nombre prédéterminé d' explosions d'air à haute pression pendant chaque tour complet du compartiment 60.
De ce fait, il doit y avoir un interrupteur pour que chaque jet à haute pression se produise un tour du compartiment 60, et ces interrupteurs doivent être immobiles et angulairement espacés sur le trajet des éléments en déplacement constituant la soupape auxiliaire et formant le jet afin de correspondre aux emplacements angulaires de distribution de chaque jet.
L'intervalle ambiant 54 s'ouvre vers le bas pour chevaucher le bord vertical d'un élément 66 en forme de coupelle. Les différents interrupteurs 52, tiges de faible diamètre, sont montés sur le bord de l'élément 66, en rapport d'espacement angulaire, et s'étendent vers le haut sur une distance suffisante pour qu'ils traversent le jet d'air. A mesure que le compartiment tourne, le débit du jet d'air pénétrant dans le-récepteur 38 est momentané- ment intercepté au moment où il passe devant chaque interrupteur 52 et la soupape auxiliaire 30 est mise en fonctionnement pour accomplir sa fonction consistant à déclencher un souffle d'air à haute pression et de courte durée.
Les avantages les plus importants de l'appareil de la présente invention résident dans l'élimination à peu près totale de pièces mobiles, dans les nécessités minimales d'entretien, et dans le fait qu'il est pratiquement insensible aux conditions du milieu.