Brevet FR2006758A1 — publié le 19700102

« 6912604 1 2006758 La présente invention, concerne une résistance fluidique linéaire variable linéairement, pouvant être utilisée notamment dans des circuits analogiques fluidiques où des éléments linéaires sont indispensables. 5 Une résistance fluidique est un étranglement qui s'oppose à l'écoulement du fluide en provoquant une perte de charge qui est fonction du fluide qui s*écoule à travers cette résistance. Quand cet étranglement se présente sous la forme d'un tube allongé de petit diamètre ou capillaire, l'écoulement à travers le tube est 10 laminaire pour autant que le rapport entre la longueur et le diamètre du tube soit compris entre des limites prescrites. Quand 1?écoulement dans un tel tube est laminaire, on obtient une résistance sensiblement linéaire dont la valeur est approximativement fournie par l'équation de Hagen-Poiseuille : 15 548.000 fA. L dans laquelle : p. représente la viscosité du fluide exprimée en poises, 20 I la longueur de la résistance exprimée en centimètres et 3) représente le diamètre intérieur de la résistance exprimée en centimètres. Par suite de l'exigence du maintien entre des limites prédéterminées du rapport de la longueur au diamètre (ou du 25 rapport de la longueur à l'aire de section transversale lorsque cette section n'est pas circulaire), on s'ést heurté à de très grandes difficultés pour mettre au point des résistances linéaires variables. Une autre caractéristique de l'invention, à savoir l'existence d'une relation linéaire entre le mouvement de réglage 30 et la résistance, a posé des problèmes complexes de mise au point. Des tentatives antérieures pour mettre au point des résistances fluidiques variables ont consisté à pincer un tube flexible et à faire varier la longueur du tube de résistance. Ce dernier procédé peut être mis en oeuvre par l'utilisation d'un 35 tube télescopique ou d'un chemin hélicoïdal réglable reliant entre eux deux réservoirs. Attendu que tous ces procédés modifient le rapport de la longueur au diamètre pour changer la résistance, il en résulte que les résistances ainsi obtenues ne sont linéaires que sur une plage étroite de réglage dans laquelle le rapport de 40 la longueur au diamètre répond à l'exigence de linéarité. En r 6912604 2 2006758 dehors de cette plage étroite de réglage, la résistance devient non-linéaire. Compte tenu de ce qui précède, les principaux buts de la présente invention sont : 5 — de fournir une résistance fluidique variable qui possède une relation linéaire entre le débit d'écoulement et la pression sur un intervalle étendu de résistances î - de fournir une résistance fluidique variable qui présente une relation linéaire entre le mouvement de réglage et 10 le débit d'écoulement; et - de fournir une résistance fluidique linéaire variable. Brièvement, la résistance fluidique linéaire variable selon l'invention comprend une première et une seconde chambres à fluide reliées respectivement à un premier et un second raccords 15 externes» Une pluralité de chemins résistants est montée entre les première et seconde chambres. Des moyens sont prévus pour empêcher l'écoulement du fluide à travers quelques-uns de ces chemins sélectivement choisis parmi la pluralité des chemins résistants. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront 20 de la description qui va en être faite ci-après en se référant au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue de dessus d'un mode de réalisation préféré d'une résistance linéaire variable linéairement conforme à l'invention ; 25 - la figure 2 est une vue de dessous de ce mode de réalisation préféré ; - la figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 de la figure 1 ; - la figure 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la 30 figure 3 » - la figure 5 est une coupe selon la ligne 5-5 de la figure 3 j - la figuré 6 est une coupe selon la ligne 6-6 de la figure 3 ; 35 - la "figure 7 est une coupe selon la ligne 7-7 de la figure 3 ; - la figure 8 est une coupe selon la ligne 8-8 de la figure 3 ; " * - la figure 9 est une vue schématique montrant le fonc-40 tionnemeht du mode de réalisation préféré ; 6912604 3 2006758 - la figure 10 est une vue d'une variante de réalisation selon 1*invention ; - la figure 11 est un graphique montrant la relation entre la pression et le débit dans le mode de réalisation préféré 5 de 1*invention; et - la figure 12 est un graphique montrant la relation entre le débit et la rotation angulaire du bouton de réglage dans le mode de réalisation préféré de l'invention» Sur la figure 3 du dessin, on a représenté une résistan-10 ce variable qui comprend un corps principal 10 dont la partie intérieure creuse forme une cavité 12» Une partie étroite 14 faisant saillie à la partie supérieure du corps principal 10 porte un filetage extérieur en 16« la partie filetée 16 est pourvue de plusieurs rondelles 18 et d'écrous 20 qui sont étudiés pour per-15 mettre la fixation de la résistance fluidique variable à un panneau de montage. Un arbre rotatif 22 traverse la partie 14 et débouche dans la cavité 12» Une extrémité de l'arbre 22 est munie d'un bouton 24 à l'aide duquel on peut régler la résistance. Des 20 surfaces d'appui pour l'arbre 22 sont fournies par un alésage 28 pratiqué dans le corps 10 et par un coussinet en laiton 26 qui est disposé à l'extrémité du prolongement 14. Ce prolongement 14 contient un alésage 40 dont une extrémité est intérieurement chan-freinée de manière à former un siège 38 pour joint torique, l'arbre 25 22 comporte deux collerettes 30 et 32. Un joint hermétique est établi entre l'arbre et le corps 10 au moyen de deux joints toriques 34 et 36, le premier joint 34 étant disposé entre le siège 38 et la collerette 30 et le second joint 36 étant interposé entre les collerettes 30 et 32. Un ressort 42 est monté entre la colle-30 rette 32 et le coussinet 26, ce qui a pour effet de comprimer le joint torique 34 entre la collerette 30 et le siège 38. lorsqu'on monte le sous-ensemble qui vient d'être décrit, on commence par installer les joints toriques 34 et 36 dans les positions indiquées et on introduit le ressort 42 et le coussinet 35 26 sur l'arbre. On force le coussinet 26 contre le ressort 42 jusqu'au moment où ce coussinet atteint la position indiquée sur la figure 3» après quoi on sertit vers l'intérieur le prolongement 14 pour maintenir en place le coussinet 26. Selon l'invention, on connecte un nombre variable de 40 chemins étranglés ou résistances entre deux chambres terminales. 6912604 4 2006753 Le logement dans lequel sont formés les chemins étranglés est indiqué sur la figure 3 comme comportant quatre plaques stratifiées 44» 46, 48, 50 qui ont été soumises préalablement à un traitement d'attaque chimique, d'usinage mécanique ou autre de 5 manière à former des passages ou des canaux qui vont être décrits plus loin. Sur les figures 2, 4, 5 et 6, on a représenté les plaques 44, 46, 48 et 50, respectivement, comme présentant chacune quatre trous 52, espacés de distances égales sur la périphérie de la plaque, ces trous étant en alignement avec quatre trous 10 taraudés 54 pratiqués dans le corps principal 10. Quatre vis 56 traversent les trous 52 et se vissent dans les trous taraudés 54 afin d'assujettir les plaques 44, 46, 48 et 50 au corps principal, 10. Une garniture 59 interposée entre la plaque 50 et le corps 10 forme un joint étanche aux fluides entre ces deux éléments. Il 15 peut être souhaitable de faire adhérer les plaques adjacentes les unes aux autres d'une façon plus poussée que par un simple serrage des vis 56. Pour cela, on peut avoir recours à la fusion, au collage ou à toute autre technique permettant d'unir des plaques adjacentes. 20 Comme on peut le voir sur la figure 6, la plaque 50 présente deux rangées de trous 58 et 60 la traversant de part en part, chaque rangée étant située sur un trajet circulaire. Chaque trou 60 communique avec un canal correspondant 62 creusé dans la surface de la plaque 48 (voir figure 5)« Les extrémités restantes 25 des canaux 62 communiquent avec une chambre 64. Chaque trou 58 dans la plaque 50 est en alignement avec un trou correspondant 66 qui traverse de part en part la plaque 48 et communique avec un canal correspondant 68 formé dans la surface de la plaque 46 (voir Figure 4)ô Les extrémités restantes des canaux 68 communiquent 30 avec une chambre 70. Un raccord externe 72 est aligné avec un trou 74 qui traverse la plaque 44 et communique avec les chambres 64 et 70» Un autre raccord externe 76 communique avec les trous 78, 80, 82 et 84 qui traversent les plaques 44, 46, 48 et 50, respectivement. 35 Un disque 87 percé de part en part d'un trou rectangulai re est monté sur la partie terminale 88 de l'arbre 22 dont la section transversale est rectangulaire. Le disque 87 comporte un moyeu agrandi 86. Une bride 90 s*étend sur 180° de la circonférence du disque 87. Une vis 92, qui traverse lâ paroi latérale du. 40 corps principal 10, est destinée à venir porter contre les côtés 6912604 5 2006758 de la "bride 90 et limiter ainsi la rotation du disque 87 à une amplitude légèrement inférieure à 180°» La "bride 90 peut s'étendre sur une distance un peu plus grande ou un peu plus petite que celle qui est représentée, le choix de la distance exacte étant 5 conditionné par l'amplitude désirée de la rotation de l'arbre» A côté du disque 87 est monté un plateau circulaire 94 percé d'un trou non-circulaire dans lequel s'étend une protubérance de forme correspondante faisant partie du moyeu 86. Une fente annulaire 96 s'étend sur 180° autour de la surface du plateau 94 en position 10 adjacente à la plaque 50. Les surfaces de contact de la plaque 50 et du plateau 94 sont polies de manière à établir une interface sensiblement étanche aux fluides. Un ressort 98 qui entoure une partie de l'arbre 22 vient porter contre le disque 87 afin d'obliger le plateau 94 à s'appuyer étroitement contre la plaque 50. 15 On va maintenant décrire le fonctionnement du mode de réalisation ci-dessus et on va se référer pour cela à la figure 9« Comme il a déjà été dit, la présente invention comprend fondamentalement deux chambres terminales reliées entre elles par un nombre variable de canaux de résistance linéaire» Sur la figure 3, 20 on a représenté l'une de ces chambres terminales comme étant formée de l'ensemble de chambres 64 et 70 tandis que l'autre ehambre terminale est constituée par la fente 96 ménagée dans le plateau circulaire 94» Les raccords externes 72 et 76 communiquent respectivement avec ces deux chambres terminales. Une première 25 série de chemins résistants pouvant relier entre elles lesdites chambres terminales, comprend les canaux 68, lés trous 66 et les trous 58» Une seconde série de chemins résistants pouvant relier entre elles lesdites chambres terminales, comprend les canaux 62 et les trous 60. Tous ces chemins résistants sont de même longueur 30 et chaque chemin développe une résistance linéaire prédéterminée. L'aire des sections transversales des trous 58, 60 et 66 est supérieure à celle des canaux 62 et 68 si bien que ces trous ne contribuent que de façon négligeable à la valeur totale de la résistance. 35 La figure 9 montre la façon dont on peut choisir tout nombre désiré de chemins résistants pour faire communiquer la _ fente 94 avec les chambres 64 et 70. Quand on fait tourner l'arbre 22 entre les limites maxima de sa rotation, la fente 96 demeure en communication constante avec le trou 84. La position de la fente 40 96 indiquée sur la figure 9 permet de connecter en parallèle huit 6912604 6 2006758 chemins résistants, lorsque l'on fait tourner l'arbre et que la fente se déplace à une nouvelle position, les trous 58 et 60 sont en alternance intersectés par l'extrémité de cette fente, la raison principale qui a motivé l'établissement de plusieurs ran-5 gées de trous est de pexmettre à l'extrémité de la fente de n'in-tersecter qu'un seul trou à la fois, de sorte que deux trous ne peuvent jamais être partiellement ouverts en même temps. les plaques 44, 46, 48 et 50 et le plateau 94 peuvent être fabriqués en un matériau approprié quelconque par exemple en 10 métal, en verre, en une matière céramique, en une matière plastique, etc... et ils peuvent être assujettis, liés ou hermétiquement réunis par une technique appropriée quelconque familière aux spécialistes, par exemple par fusion, assujettissement par des vis, etc.». les plaques peuvent être usinées, mécaniquement ou chimique-15 ment ou autrement ,rainurées pour définir les ouvertures, les trous et les canaux pour le passage du fluide, l'invention n'est pas limitée à son application à un fluide particulier et peut être utilisée dans des dispositifs employant des fluides compressibles tels que l'air, l'azote ou d'autres gaz, ou des fluides non-20 compressibles comme l'eau ou d'autres liquides. Le corps principal 10 peut être construit en un matériau approprié quelconque, par exemple en une matière plastique, une matière céramique, un métal, etc., capable de conférer une résistance mécanique adéquate à la partie en saillie 14 à paroi mince. 25 le disque 87 est de préférence métallique car il subit des contraintes élevées lorsque la bride 90 vient en contact avec la vis 92 de limitation de course. Selon un autre exemple, une résistance variable construite selon l'invention contient trois rangées circulaires de trous 30 dans la plaque supérieure 50. l'une de ces rangées comprend onze trous alors que les deux autres présentent dix trous chacune. Pour faire varier la résistance entre zéro et sa valeur maximum, il est nécessaire de faire tourner l'arbre 22 de 93°. En conséquence, chaque rotation de 3° permet de mettre la fente 96 en commun!ca-35 tion avec un trou supplémentaire. Il est évident que. étant donné que la plaque supérieure présente trois rangées de trous, il est nécessaire de prévoir trois plaqués contenant des canaux dé résistance et non pas deux plaques comme c'était le cas dans le mode de réalisation préféré.- ' 40 le plateau circulairë 94 peut être remplacé par un disque 6912604 7 2006758 semi-circulaire 100 que l'on peut voir sur la figure 10» Un tel disque recouvre tous les trous 58 et 60 à l'exception de ceux qui doivent être utilisés comme chemins résistants. Quand on utilise un disque 100, la cavité 12 remplace la fente 96. Ainsi, le fluide qui 5 sort du trou 84 pénètre dans la cavité 12 et ensuite s'écoule dans ceux des trous 58 et 60 qui sont exposés» Etant donné que cette variante de réalisation présente une capacité accrue par suite de la dimension de la cavité 12, on préfère utiliser le plateau 94 à fente plutôt que le disque 100 dans toutes les installations où 10 une telle capacité est indésirable. Les figures 1.1 et 12 sont des graphiques qui illustrent les performances de la résistance linéaire linéairement variable selon l'invention. Pour chaque valeur de résistance à laquelle on peut régler l'appareil, les caractéristiques du débit en fonction 15 de la pression demeurent linéaires (voir Figure 11), car chaque trajet résistant est défini par une résistance linéaire» Sur la figure 12 on voit que la relation entre le débit et la rotation angulaire de l'arbre 22 est elle aussi linéaire. Chaque palier de réglage angulaire ajoute ou retranche un palier 20 égal de résistance, de sorte que l'on bénéficie d'une augmentation ou d'une diminution par degrés minuscules du débit à travers la résistance» On peut obtenir une relation non-linéaire entre la rotation angulaire et le débit en établissant des chemins résistants 25 non-égaux ayant des longueurs différentes ou des sections trans-■' versales différentes» L'invention n'est nullement limitée aux trous disposés en rangées circulaires, comme il a été expliqué à propos du mode de réalisation préféré. En effet, les trous pourraient être placés le 30 long d'une ligne courbe telle qu'une spirale, suivant une ligne droite ou suivant un autre agencement approprié, pour autant que les moyens qui empêchent l'écoulement du fluide à travers les trous puissent être animés d'un mouvement correct» De plus, il n'est pas indispensable que les trous rejoignent des chemins résistants qui 35 leur sont perpendiculaires. On pourrait même envisager que les trous eux-mêmes constituent des chemins résistants s'étendant linéairement entre les deux chambres terminales» Il va de soi que l?on peut apporter d'autres modifications aux modes de réalisation qui ont été décrits, sans sortir 40 pour autant du cadre de cette invention dont la portée est définie par les revendications annexées» 6912604 8 2006758" REVENDICATIONS 1„ Une résistance fluidique linéaire variable, caractérisée en ce qu'elle comprend deux chambres en communication avec des raccords externes de fluide et reliées entre elles par une 5 pluralité de chemins résistants, et des moyens prévus pour empêcher, de façon variable, l'écoulement du fluide à travers des chemins choisis faisant partie de ladite pluralité de chemins résistantsa 2. Une résistance selon la revendication 1, caractérisée 10 en ce que les chemins résistants sont constitués d'une pluralité de trous et de canaux ménagés dans des plaques empilées qui sont assemblées de raanière à définir un ensemble étanche au fluide. 3. Une résistance selon la revendication 2, caractérisée en ce que les trous sont répartis en une ou plusieurs rangées 15 disposées de façon circulaire. 4. Une résistance selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un organe mobile est en prise d'actionnement avec les moyens d'empêchement précités « 5» Une résistance selon la revendication 4, caractérisée 20 en ce que l'organe mobile est un arbre rotatif» 6. Une résistance selon la revendication 5» caractérisée en ce que cet arbre rotatif est muni d'un disque adjacent aux moyens d'empêchement. 7« Une résistance selon la revendication 2, caractérisée 25 en ce que les moyens d'empêchement sont constitués d'un plateau' ' ' circulaire présentant une fente adjacente à l'une desdites plaques. 80 Une résistance selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'empêchement sont constitués d'un disque semi-circulaire présentant une cavité adjacente à l'une desdites 30 plaques. 9. Une résistance selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le plateau circulaire ou le disque et ladite plaque adjacente présentent des surfaces polies de manière à définir une interface sensiblement étanche aux fluides. T> 10, Une résistance selon la revendication 2, caractéri sée en ce que les trous sont répartis en une ou plusieurs rangées disposées suivant une courbe non-circulaire ou suivant une ligne droite. 11 » Une résistance selon la revendication 1, caractérisée 40 en ce qu'elle comporte des chemins résistants inégaux ayant des 6912604 9 2006758 des longueurs différentes et/ou des sections transversales différentes. 12. Une résistance selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'aire totale de la section droite des trous est 5 plus grande que celle des canaux.