CH641284A5 - Dispositif regulateur de la pression d'un fluide. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un dispositif permettant de réguler la pression d'un fluide délivré par une source à un circuit d'utilisation.
Des dispositifs régulateurs de la pression d'un fluide produit par une source sont connus de l'art antérieur. Selon un premier mode de réalisation décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 020 925 on met en œuvre un clapet re-5 lié en série avec la source. Ce clapet est actionné par une membrane déformable de part et d'autre de laquelle s'exercent des pressions fonction de la pression du fluide en amont et en aval du clapet. Un tel dispositif modifie donc simultanément le débit de fluide délivré par la source.
io D'autre dispositifs utilisant également un organe disposé en série avec la source d'alimentation en fluide sont par exemple décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3 272 227 et dans la publication REGELUNGSTECHNISCHE PRAXIS, vol. 2 N° 3 MUNICH Septembre 1960, pais ges 11 à 114, sous le titre «Örtliche Druckluftregelung mit Reduzierstationen» par J. RUSCHENWEYH.
Selon un autre mode de réalisation décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 883 998 ou le brevet français N° 1 337 654, la régulation de pression est ob-20 tenue en manœuvrant un organe d'obturation d'un circuit de dérivation relié à la source de fluide en parallèle avec le circuit d'utilisation du fluide.
Les dispositifs antérieurs de ce type ont un fonctionnement instable au moment de l'ouverture de l'organe d'obtura-25 tion, qui se traduit, le plus souvent, par une ouverture prématurée de cet organe d'obturation.
L'invention se rapporte à un dispositif du type de ceux comportant un circuit de dérivation relié à la source de fluide, et commandé par un organe d'obturation dont l'ouverture li-30 mite, à une valeur prédéterminée, la pression du fluide dans le circuit d'utilisation, ce dispositif ne présentant pas les inconvénients indiqués plus haut et permettant, en particulier, de réaliser une ouverture franche de l'organe d'obturation.
L'invention pourra être bien comprise, et tous ses avanta-35 ges apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit illustrée par les figures annexées parmi lesquelles:
- la figure 1 montre schématiquement un dispositif selon l'art antérieur,
- la figure 2 représente un premier mode de réalisation de 40 l'invention,
- la figure 2A est une variante de la figure 2,
- la figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4 représente l'utilisation de l'invention pour la 45 régulation d'un turbo-compresseur équipant un moteur à
combustion interne,
- la figure 5 indique le fonctionnement de l'ensemble représenté sur la figure 4.
Sur les différentes figures, les mêmes références ont été uti-50 lisées pour désigner les mêmes éléments.
La figure 1 représente, schématiquement et en coupe, un dispositif de régulation selon l'art antérieur régulant la pression du fluide délivré par une source de fluide 1. Ce fluide est, par exemple, mais non exclusivement, de l'air sous pression 55 alimentant un circuit d'utilisation auquel la source 1 est reliée par une canalisation principale 2.
Le dispositif de régulation comporte une canalisation de dérivation 3 reliée à la source 1 en parallèle sur la canalisation principale 2 et débouchant, par exemple, dans l'atmosphère à 60 son extrémité libre 4. Un organe d'obturation, qui est ici un clapet 5 coopérant avec un siège de clapet 6, assure la fermeture de la canalisation 3. Un ressort taré 7 agit sur la tige 8 du clapet 5 pour le maintenir dans la position fermée représentée sur la figure 1. La tige 8 est solidaire de la paroi mobile 9 65 d'une capsule manométrique 10 reliée par une canalisation 11 à l'alimentation en fluide.
Le fonctionnement du dispositif est simple. Tant que la pression du fluide délivré par la source 1 reste inférieure à une
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valeur déterminée pour laquelle le ressort 7 a été taré, le clapet La figure 2A représente une variante de réalisation dans 5 est maintenu sur son siège 6 par l'action du ressort 7 sur la laquelle la tige de commande du clapet 5 est composée de tige 8. La totalité du fluide délivré par la source 1 s'écoule deux éléments 8a et 8b. L'un d'entre eux porte une bouton-
dans la canalisation 2, comme l'indique la flèche en trait nière 8c coopérant avec un ergot 8d solidaire de l'autre élé-
continu. 5 ment. Dans ce mode de réalisation, lorsque les actions du res-
Lorsque la valeur de la pression du fluide est supérieure à sort 7 et de la pression sur la tige 8a se compensent, le clapet 5 la valeur prédétermineée, la capsule manométrique 10 déplace reste appliqué fortement sur son siège jusqu'à l'obturation le clapet 5 contre l'action du ressort 7, provoquant l'ouverture complète de l'orifice 13 grâce à l'action de la pression du du clapet. Une fraction du fluide fourni par la source 1 est fluide délivré par la source 1.
évacuée par l'orifice 4 et la pression dans la canalisation 2 s'é- io La figure 3 représente un second mode de réalisation de tablit à une valeur sensiblement égale à la valeur déterminée. l'invention. Sur cette figure seuls les éléments nécessaires au Il est aisé de comprendre que lorsque la valeur de la près- déplacement de la tige 8 de commande du clapet 5 ont été re-sion du fluide atteint, en croissant, la valeur prédéterminée, présentés.
l'action de la capsule manométrique 10 sur la tige 8 compense Comme dans l'exemple de réalisation précédent, la tige de tout d'abord sensiblement l'action du ressort 7 et le clapet 5 is commande 8 est solidaire de la paroi mobile 9 d'une capsule est alors maintenu pratiquement sans effort sur son siège 6. manométrique, et elle est soumise à l'action du ressort 7 qui L'expérience montre que des fuites se manifestent au niveau tend à appliquer le clapet contre son siège. La canalisation 11 du clapet dont l'ouverture n'est pas franche. alimente la capsule manométrique 10 en fluide sous pression à
Cet inconvénient est supprimé en utilisant le dispositif se- travers l'orifice calibré 15. Le capsule manométrique 10 com-lon l'invention dont un premier mode de réalisation est il- 20 porte une seconde paroi mobile 17 solidaire d'un arbre coulis-lustré par la figure 2. sant ou coulisseau 18. Cet arbre est percé d'un alésage axial
Dans ce mode de réalisation, la tige 8 de commande du calibré 12 dont une extrémité débouche par un orifice 14 dans clapet 5 est percée axialement. L'alésage ou canal 12 commu- la capsule manométrique 10 entre les deux parois mobiles 9 et nique, par une extrémité calibrée 14, avec l'intérieur de la cap- 17 et dont l'autre extrémité communique par un orifice 13 ra-sule manométrique 10 du côté de la membrane 9 opposé au 25 dial avec l'extérieur de la capsule manométrique 10.
ressort 7. A son autre extrémité, l'alésage 12 débouche radia- Un ressort 19 agit sur le coulisseau 18 pour le maintenir lement par un orifice 13. Le niveau de l'orifice 13 sur la tige 8 dans la position représentée, ce qui permet un écoulement de est tel que, dans la position de fermeture du clapet, cet orifice fluide à travers l'orifice 13.
est libre et le fluide circule dans la canalisation 11, dans la Le ressort 19 est taré à une valeur inférieure à celle du ta-
capsule manométrique 10 et dans le canal 12 avant d'être éva- 30 rage du ressort 7.
cué par l'orifice 13 vers l'extérieur de la capsule 10 qui est mu- Le fonctionnement est indiqué ci-dessous, le dispositif nie d'orifices 10a communiquant avec l'atmosphère. étant initialement dans la position représentée sur la figure 3
Le fonctionnement du dispositif est indiqué ci-dessous. et maintenant fermé l'organe d'obturation 5. Tant que la va* L'organe d'obturation étant fermé, et la pression du fluide leur P de la pression du fluide délivré par la source 1 reste infé-délivré par la source 1 étant inférieure à une valeur prédéter- 35 rieure à une valeur prédéterminée, le fluide circule dans la ca-minée, ce fluide s'écoule essentiellement dans la canalisation nalisation 11, dans la capsule 10 et dans le conduit 12 pour principale 2. Toutefois, une fraction de ce fluide circule dans être évacué par l'orifice 13. La pression Pc à l'intérieur de la la canalisation 11, pénètre par l'orifice 15 dans la capsule ma- capsule manométrique 10 s'établit à une valeur inférieure à P, nométrique 10 du côté de la membrane 9 opposé au ressort 7, et fonction des sections calibrées S de l'orifice 15 et "i du con-puis est évacué par le canal 12. La pression Pc à l'intérieur de 40 duit 12. Lorsque la valeur de la pression P croît et que la va-la capsule manométrique 10 est alors déterminée par la leur de la pression Pc atteint une valeur critique pour laquelle formule le ressort 19 a été taré, le coulisseau 18 est déplacé vers le haut
P de la figure ce qui provoque l'obturation de l'orifice 13 et l'in-
2 terruption de l'écoulement dans la capsule manométrique 10.
Pc = 1 +j3 45 La valeur de la pression Pc augmente brusquement jusqu'à la
S2 valeur P. La tige de commande 8 est à son tour déplacée pour actionner l'organe d'obturation 5.
dans laquelle P représente la pression relative du fluide délivré
par la source 1, -i la section de l'orifice calibré 14 et S la sec- La figure 4 montre un exemple d'utilisation de l'invention tion de l'orifice calibré 15. 50 pour la régulation automatique de l'alimentation d'une tur-
Dans ces conditions, et tant que le fluide circule dans l'alé- bine entraînée par les gaz d'échappement d'un moteur à com-sage 12, la valeur de la pression Pc reste inférieure à la valeur bustion interne, cette turbine actionnant un compresseur qui P. délivre l'air nécessaire au fonctionnement du moteur.
Lorsque la pression P du fluide délivré par la source 1 aug- Sur la figure 4, la référence 20 désigne un moteur à commente, la pression Pc croît jusqu'à une valeur critique pour la- 55 bustion interne alimenté en gaz tel que de l'air ou en mélange quelle le ressort 7 a été taré. Le déplacement de la tige 8 de carburé par une canalisation d'admission 21. Pour la clarté du commande du clapet 5 permet l'obturation de l'orifice 13 par dessin, les dispositifs permettent l'introduction du carburant le palier de guidage 16 provoquant ainsi l'interruption de l'é- n'ont pas été représentés. Ces dispositifs peuvent être du type coulement du fluide à travers le conduit 12. carburateur ou injecteur et placés en amont ou en aval du
La pression Pc à l'intérieur de la capsule manométrique 10 60 compresseur comme cela est bien connu du technicien. Les augmente alors brusquement pour devenir égale à la pression gaz d'échappement sont évacués par une canalisation 22. du fluide délivré par la source 1. Il en résulte un déplacement On rappelle que la suralimentation d'un moteur 20 peut brusque de la tige 8 qui ouvre le clapet 5 limitant ainsi la près- être assurée par un compresseur 24 lié en rotation à une tur-sion du fluide alimentant la canalisation 2. bine 23 qui est actionnée par les gaz d'échappement du mo-
Dans ce mode de réalisation, le clapet 5 est prolongé par 65 teur. Il en résulte que le débit de gaz fourni par le compresseur une portion cylindrique 5a qui maintient l'obturation de la 24 dépend de la vitesse de rotation de la turbine 23, c'est-à-canalisation 3 pendant le petit déplacement de la tige 8 corres- dire du débit des gaz d'échappement alimentant la turbine, pondant à l'obturation de l'orifice 13 du canal 12. Autrement dit, le débit et la pression de gaz produit par le
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compresseur 24 sont liés au régime N de fonctionnement du sorts 7 et 19. Le clapet 5 est maintenu fermement sur son siège moteur. 6 par l'action du ressort 7 empêchant toute fuite de gaz d'é-Généralement, les caractéristiques du turbo-compresseur chappement dans la canalisation de dérivation 27. La pres-sont choisies pour permettre d'obtenir un couple moteur ma- sion P à la sortie du compresseur varie suivant la portion OA ximum à une valeur déterminée N t du régime de fonctionne- 5 de la courbe II. Lorsque le régime de fonctionnement du moment du moteur. On est donc conduit à réguler la vitesse de teur atteint la valeur Nt, la pression P à la sortie du compres-rotation de la turbine en contrôlant la quantité de gaz d'é- seur atteint la valeur P, et la pression Pc dans la capsule mano-chappement qui la traverse aux régimes de fonctionnement du métrique 10 atteint la valeur P2 pour laquelle le ressort 19 a moteur supérieurs à la valeur Ni. été taré. Il s'ensuit un déplacement du coulisseau 18 et une in-
II est connu d'utiliser à cet effet un circuit de dérivation w terruption de l'écoulement des gaz traversant le canal 12.
des gaz d'échappement du moteur qui comporte une canalisa- La pression Pc dans la capsule manométrique 10 aug-
tion 27 reliant l'entrée à la sortie de la turbine 23, un organe 5 mente et devient égale à la pression P à la sortie du compres-
d'obturation du conduit de dérivation et un organe de com- seur 24 et supérieure à la valeur correspondant au tarage du mande assurant l'ouverture de cet organe d'obturation aux ressort 7, ce qui provoque l'ouverture brusque du clapet 5.
régimes de fonctionnement élevés du moteur pour permettre i5 L'expérience montre que la pression s'établit brusque-
l'évacuation directe, de la canalisation 22 à l'échappement 26, ment à une valeur P3 comprise entre P, et P2 correspondant au d'une fraction déterminée des gaz d'échappement. point B qui se trouve sensiblement sur le courbe I.
Selon les modes de réalisation, l'organe de commande est Une augmentation supplémentaire du régime du moteur actionné en fonction de la pression à l'entrée de la turbine ou conduit à une augmentation de la valeur des pressions P et Pc en fonction de la pression à la sortie du compresseur pour ob- 2c jusqu'à une valeur de régulation qui est fonction du débit de tenir une loi déterminée de variation de la pression à la sortie gaz d'échappement dérivé par la canalisation 27. En consé-
du compresseur. quence, pour les valeurs supérieures à Nb la valeur de la pres-
Lorsqu'on utilise un dispositif de régulation selon l'art an- sion à la sortie du compresseur 24 et à l'intérieur de la capsule térieur tel que, par exemple, celui illustré par la figure 1, dans manométrique 10 suit sensiblement la courbe I.
lequel la canalisation 11 communique avec la sortie du com- 25 On voit donc qu'aux bas régimes le dispositif selon l'in-
presseur, 1 évolution de la pression P des gaz à la sortie du vention permet de récupérer une plus grande quantité d'éner-
compresseur en fonction du régime N de fonctionnement du gie des gaz d'échappement et donc d'assurer une meilleure moteur est celle représentée par la courbe I tracée en trait suralimentation du moteur. La quantité d'énergie ainsi récu-
mixte sur la figure 5. On peut noter qu aux régimes inférieurs pérée est sensiblement proportionnelle à la surface délimitée
à N, cette courbe se différencie nettement de la courbe II tra- 30 entre les courbes I et II, c'est-à-dire à la surface OAB.
cée en trait fin et qui représente la fonction P = f (N) lorsque Lorsqu'en partant d'une valeur supérieure à N] on fait l'organe d'obturation 5 est maintenu parfaitement fermé, décroître la valeur du régime de fonctionnement du moteur,
c est-à-dire le clapet 5 étant appliqué avec force sur son siège on constate expérimentalement que la pression à la sortie du
6. Cette différence, qui provient d'une ouverture prématurée compresseur 24 et donc dans la capsule manométrique 10,
de 1 organe d obturation 5 comme il a déjà été indiqué plus 35 décroît en suivant la courbe I jusqu'à une valeur N2 du régime haut, montre qu'aux bas régimes de fonctionnement du mo- dumoteur, c'est-à-dire jusqu'au point C pour lequel la valeur teur on ne récupère pas le maximum d'énergie de gaz d'échap- de la passion P2 correspond au tarage du ressort 19. Le cou-
pement. lisseau se déplace en sens inverse, permettant l'écoulement des
Pour remédier à cet inconvénient, on utilise comme dispo- gaz à travers le conduit 12. La pression dans la capsule mano-
sitif de régulation le dispositif selon l'invention. Dans l'exem- 40 métrique décroît brusquement jusqu'à la valeur P4 correspon-
ple schématisé sur la figure 4, le dispositif utilisé correspond dant au point D'. De ce fait le clapet 5 est plaqué sur son siège au mode de réalisation représenté sur la figure 3. La canalisa- 6 par le ressort 7 et la pression à la sortie du compresseur aug-
tion 11 relie la sortie du compresseur 24 à la capsule mano- mente jusqu'à la valeur P5 correspondant au point D. Lors-
métrique 10 tandis qu'une canalisation 28 permet de réintro- que le régime du moteur décroît en dessous de la valeur N2 la duire à l'entrée du compresseur les gaz ayant circulé à travers pression dans la capsule manométrique 10 décroît suivant la le canal 12 ménagé dans le coulisseau 18. portion D'O de la courbe III tandis que la valeur de la pression
Le fonctionnement de l'ensemble est décrit ci-dessous, en à la sortie du compresseur varie suivant la portion DO de la se référant aux figures 3,4 et 5. courbe II.
Le rapport des sections de l'orifice calibré 15 et du conduit La valeur N2 dépend des caractéristiques du turbo-com-
12, et la pression de tarage du ressort 19 ont été choisis pour presseur et du rapport entre la section de l'orifice 15 et celle du que l'obturation de l'orifice 13 (Fig. 3) intervienne à la valeur conduit 12. De façon générale, la valeur de N2 est inférieure
Ni du régime du fonctionnement du moteur. de 1 à 2 tours/s. à la valeur N1.
On considère tout d'abord que le régime du moteur croît Le mode d'utilisation illustré par la figure 4 présente l'a-
jusqu'à la valeur N]. 55 vantage d'introduire dans la capsule manométrique des gaz à
La pression Pc à l'intérieur de la capsule manométrique 10 une température inférieure à celle des gaz d'échappement;
décrit la portion OA' de la courbe III représentée en trait inter- mais il est également possible de relier les canalisations 11 et rompu. La pression Pc est trop faible pour comprimer les res- 28 respectivement à l'entrée et à la sortie de la turbine 23.
C
3 feuilles dessins
Claims (6)
1. Dispositif régulateur de la pression d'un fluide produit sous pression par une source de fluide alimentant un circuit d'utilisation, comportant une canalisation de dérivation reliée en parallèle sur le circuit d'utilisation, un organe d'obturation ayant deux positions, la première permettant la circulation d'une fraction du fluide dans la canalisation de dérivation et la seconde empêchant toute circulation du fluide dans la canalisation de dérivation, et un organe de commande adapté à placer automatiquement l'organe d'obturation dans sa première position lorsque la valeur de la pression est supérieure à une valeur déterminée, cet organe de commande comportant une capsule manométrique reliée à la source de fluide, une tige de commande de l'organe d'obturation solidaire de la paroi mobile de la capsule manométrique et un ressort taré destiné à maintenir l'organe d'obturation dans sa deuxième position lorsque la valeur de la pression est inférieure à la valeur déterminée, caractérisé en ce que la capsule manométrique comporte d'une part un premier orifice calibré à travers lequel elle communique avec la source de fluide et, d'autre part, un second orifice calibré à travers lequel le fluide contenu dans la capsule manométrique peut s'échapper, et en ce que le dispositif comporte des moyens d'obturation du second orifice lorsque la pression dans la capsule manométrique atteint en croissant une valeur de consigne inférieure à ladite valeur déterminée.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tige de commande est guidée par un palier, caractérisé en ce que ledit second orifice calibré est constitué par un conduit calibré ménagé dans la tige de commande et débouchant à une extrémité à l'intérieur de la capsule manométrique et à l'autre extrémité à l'extérieur de la capsule manométrique par un orifice radial, les moyens d'obturation étant constitués par le palier de guidage qui masque l'orifice radial lors d'un déplacement de la tige de commande à partir de la seconde position de l'organe d'obturation.
2
REVENDICATIONS
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capsule manométrique comporte en outre une seconde paroi mobile, un coulisseau solidaire de cette seconde paroi mobile, un palier de guidage du coulisseau et un ressort taré à la valeur de consigne, le second orifice calibré étant constitué par un alésage calibré ménagé à l'intérieur du coulisseau, cet alésage débouchant à une extrémité dans la capsule manométrique et à l'autre extrémité à l'extérieur de la capsule manométrique par un orifice radial, les moyens d'obturation étant constitués par le palier de guidage du coulisseau qui masque l'orifice radial lors du déplacement du coulisseau contre l'action du ressort taré.
4. Utilisation du dispositif selon la revendication 3 pour réguler le fonctionnement d'un turbo-compresseur actionné par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté par le turbo-compresseur, la canalisation de dérivation reliant l'entrée à la sortie de la turbine lorsque l'organe d'obturation est dans sa première position, caractérisée en ce que le premier orifice calibré est relié à la sortie du compresseur.
5. Utilisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second orifice calibré est relié à l'entrée du compresseur.
6. Utilisation selon une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que l'organe d'obturation vient dans sa première position contre l'action de la pression des gaz d'échappement du moteur qui alimente la turbine.
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