Brevet FR2003513A1 — publié le 19691107

L'invention se rapporte à des dispositifs pour mesurer des vitesses de rotation, comprenant au moins une masse mobile en réponse à la variation des forces centrifuges qui résulte de la variation de la vitesse. De tels dispositifs s'appliquent particulièrement aux régulateurs centrifuges. Avec de tels dispositifs, la pratique a consisté à utiliser une tringlerie mécanique entre les masses et la transmis- sion de la mesure. Cela présente l'inconvénient que, par suite du frottement, il y a un effet d'hystérésis et la réponse tend à se faire par saccades. Le but de l'invention est de réduire ou d'éliminer ces inconvénients. Selon l'invention, un tel dispositif pour mesurer des vitesses de rotation comprend un moyen de détection à fluide répondant à la position radiale d'une masse et disposé pour donner un signal de pression en réponse à cette position. Le moyen de détection peut comprendre une buse dirigée suivant l'axe de rotation. Cela donne un signal de sortie permanent par opposition à la sortie découpée qu'on obtient si la buse est dirigée autrement. En variante, le moyen de détection peut comprendre deux buses disposées de façon que le mouvement de la masse en réponse à la force centrifuge s'effectue vers l'une des buses et à lte- cart de l'autre; cela donne une sortie "push-pull". Le moyen de détection peut en variante comprendre une buse disposée de façon que le mouvement de la masse en réponse à la force centrifuge soit transversal par rapport à la buse, la face de la masse qui est en regard de la buse ayant une forme appropriée pour donner une caractéristique de sortie désirée. On décrira maintenant, à titre d'exemples, plusieurs dispositifs selon l'invention en référence au dessin annexé dans lequel : les figures 1 et 2 sont des vues respectivement en élévation et en plan d'une forme d'exécution; la figure 3 est un graphique de la pression en fonction du temps, montrant le comportement de la forme d'exécution des figures i et 2 quand la vitesse augmente uniformément; la figure 4 est une vue en élévation d'une autre forme d'exécution; la figure 5 est une vue en élévation d'une forme d'exécution différente; la figure 6 est une vue en plan selon la ligne VI-VI de la figure 5; la figure 7 est une coupe verticale d'une autre forme d'exécution;; la figure 8 est un graphique de la pression, portée en ordonnées, en fonction du temps porté en abscisses, comparant les caractéristiques des formes d'exécution des figures I et 7; la figure 9 est une vue en élévation avec coupe partielle d'une autre forme d'exécution; la figure 10 est une coupe selon la ligne X-X de la figure 9; la figure il est une vue correspondant à la figure 9 et montrant une modification de la forme d'exécution de la figure 9; les figures 12 et 13 sont des coupes horizontales d'une autre forme d'exécution selon la ligne XII-XIl de la figure 14, montrant cette forme d'exécution respectivement dans son état de vitesse nulle et de vitesse maximale; la figure 14 est une vue en élévation avec coupe partielle de la forme d'exécution des figures 12 et 13; et les figures 15 et 16 sont respectivement une coupe horizontale et une vue en élévation d'une autre forme d'exécution. Le dispositif représenté aux figures 1 et 2 comprend deux masses égales 1C, ayant chacune la forme d'une partie de cylindre et montées symétriquement au moyen de ressorts verticaux 11 du type cantilever sur un rotor 12 qui est accouplé àoune machine ou à un moteur dont il y a lieu de mesurer la vitesse. Des vis de pré contrainte 13 peuvent être prévues pour mettre les ressorts li sous une tension préalable. Au niveau des masses 10 se trouve un détecteur fixe 14 dirigé radialement vers l'intérieur du c8té des masses et constitué par une buse 15 alimentée en air comprimé à travers un étranglement 16 dans un tube d'alimentation 17. Entre l'étran- glement 16 et la buse 15 est branché un tube de sortie 18 relié à un moyen convenable (non représenté) répondant à la pression d'air dans le tube 18. Quand le rotor 12 tourne, les masses 10 tendent à se déplacer radialement vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge. La variation de la vitesse de rotation fait varier la distance entre les masses et la buse 15, de sorte que, quand la vitesse de rotation augmente, il en est de même pour la contrepression à la buse 15; cela entratne une augmentation correspondante de la pression d'air dans le tube de branchement 18. Ainsi, la pression dans ce dernier tube constitue une mesure de la vitesse de rotation du rotor 12 et peut être utilisée comme un signal de sortie mesurant la vitesse de rotation du moteur ou de la machine. La figure 3 montre la forme de ce signal quand la vitesse de rotation augmente à un taux constant. La pression tombe brus- quement (comme indiqué en 30 sur la figure 3) quand l'intervalle (figure 2) entre les masses 10 passe en regard du détecteur 14. La fréquence du signal augmente ainsi que son amplitude quand la vitesse de rotation augmente. On peut voir que, dans le cas d'un dispositif (tel que celui représenté sur les figures 1 et 2) dans lequel les masses tournent par rapport au détecteur, les masses 10 doivent ensemble présenter au détecteur une surface coaxiale à l'axe de rotation du rotor 12 qui est aussi proche que possible d'un cylindre complet tout en permettant cependant le mouvement radial requis des deux masses de façon à produire dans le signal de sortie un rapport aussi grand que possible entre la durée d'impulsion et la durée d'intervalle. Le signal de sortie produit une courbe enveloppe 31. Le détecteur peut être placé radialement à l'intérieur des masses et dans ce cas le signal de pression de sortie diminue lors d'une augmentation de la vitesse de rotation. En variante, le détecteur peut être dirigé sur les extrémités des masses, celles-ci ayant des faces obliques, comme représenté par exemple en 40 sur la figure 4, de façon à faire varier la distance axiale entre la buse 15 et les masses quand la vitesse de rotation varie. Le dispositif représenté sur la figure 5 comprend un rotor 12 sur lequel les masses 50 sont montées sur des ressorts 51 du type cantilever ancrés en 52 sur le rotor et disposés parallèlement à la surface de rotor qui est dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Un détecteur fixe 14 est disposé pa rallèlement à l'axe de rotation. Le détecteur est disposé au voisinage des masses et des vis de précontrainte 13 sont prévues comme dans la figure 1. Chaque masse 50 présente une découpure arquée 53 à son angle radialement intérieur, les découpures 53 étant concentriques au rotor 12. Quand les masses 50 se déplacent, ce qui se produit quand la vitesse de rotation atteint une valeur déterminée par le réglage des vis 13, elles cessent d'obstruer la buse de détecteur 15 et produisent alors une variation soudaine du signal de pression de sortie.Des dispositifs de ce type sont particulièrement utiles quand une action de commutation est requise pour une vitesse de rotation prédéterminée. Une grande variation relative de la pression de sortie est possible, car la buse 15 du détecteur 14 peut autre disposée normalement de façon à toucher presque les masses 50. On comprendra que, si par exemple les masses de la figuré 4 sont utilisées à la place de celles des figures 5 et 6, le dispositif ayant alors soit un détecteur fixe, soit deux détecteurs correspondant chacun à l'une des masses et disposés pour tourner avec les masses, le dispositif des figures 5 et 6 peut alors être établi pour donner un signal de sortie variable. La figure 7 montre une forme de dispositif qui est de même principe que le type représenté sur les figures 1 et 2 mais dont les buses de détection sont disposées pour tourner avec le rotor. il consiste en une cage ou boîtier 70 qui est monté pour tourner dans des paliers 71 à l'intérieur d'une enveloppe fixe 72. La cage 70 est accouplée, par un engrenage 73 ou toute autre transmission convenable, à un arbre 74 entraîné par le moteur ou la machine. Sur l'axe de rotation de la cage 70 on a prévu deux passages d'entrée 75 et 76, auxquels sont associées respectivement deux buses 77 et 78.Les buses 77, 78 ne touchent pas la cage 70, mais les passages d'entrée 75, 76 sont établis de telle façon que lTair comprimé, qui est fourni aux buses 77 78 à travers des étranglements 79, 80 à partir des tubes d'alimentation 81, 82 respectivement, pénètre dans les passages d'entrée et tende à entratner l'air de l'atmosphère environnante. Ainsi il y a quelque infiltration d'air pénétrant dans les passages 75, 76, mais il n'y a pratiquement pas de fuite dtair qui en sort. Des tubes de branchement 83, 84 pour les signaux de sortie sont respectivement prévus entre les buses correspondantes 77, 78 et leurs étranglements associés 79,80. Les passages d'entrée 75 et 76 sont reliés, au moyen de conduits 85, 86 dans la cage 70, à des buses de détection 87 et 88 respectivement, chacune due celles-ci étant disposée au voisinage d'une masse 89 montée sur un ressort 90 du type cantilever, fixé à la cage 70. Des butées 91 peuvent être prévues pour limiter le mouvement radial des ressorts 90 et un moyen de précontrainte (non représenté) peut aussi etre prévu, comme par exemple dans le régulateur représenté sur la figure 1. La cage 70 n'est pas étanche à l'air, mais présente des ouvertures représentées schématiquement en 92 pour l'échappement de l'air par ces ouvertures. Quand la cage 70 est entraînée en rotation par l'arbre 74, les masses 89 se déplacent radialement vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge d'un écart qui dépend de la vitesse de rotation, exactement comme les masses 10 de la figure 1. Dans le cas présent, cependant, chaque buse de détection 87, 88 tourne avec les masses, de sorte qu'un signal de sortie de pression continu est donné dans les tubes 83, 84 en réponse aux variations de la contre pression dans les buses résultant du mouvement radial des masses 89 quand la vitesse de rotation varie. Les deux masses 89 et leurs détecteurs associés (par exemple la buse 87, le conduit 85, la buse 77, l'étranglement 79 et les tubes 81, 83 ainsi que la buse 88, le conduit 86, la buse 78, l'étranglement 80 et les tubes 82, 84 respectivement) peuvent être disposés pour être utilisés dans des gommes de vitesse différentes. Ainsi, si par exemple un ressort 90 est plus raide que l'autre, la masse sur le ressort le moins raide tendra à se déplacer radialement d'une plus grande distance que l'autre masse dans un intervalle donné de vitesses. Ainsi la variation du signal de pression de sortie associé au ressort le moins raide sera plus grande que celle du signal associé à l'autre ressort et sera utile comme signal de basse vitesse tandis que l'autre sera un signal de vitesse élevée. Le même effet peut s'obtenir par d'autres moyens, tels qu'une mise en tension préalable différentielle des ressorts 90 ou encore par l'utilisation de masses 89 ayant des valeurs de masse différentes. Les deux lignes 95 et 96 de la figure 8 indiquent la forme de la variation du signal de pression de sortie quand la vitesse de rotation d'un dispositif du type représenté sur la figure 7 augmente à un taux constant: la ligne 95 représente le signal de "basse vitesse" dans le tube 83 par exemple tandis que l-a ligne 96 représente le signal de "vitesse élevée" dans le tube 84. Au point P sur la ligne 85, le ressort 90 de la rrasse pour "basse vitesse" vient contre sa butée 91. Pour faciliter la comparaison, la courbe enveloppe résultante 31 (figure 3), montrant le signal de sortie du dispositif des figures 1 et 2 a été aussi indiquée sur la figure 8. il peut n'y a voir qu'une seule buse 77 ou 78 avec son passage d'entrée correspondant 75 ou 76 raccordé aux deux buses 87 ou 88. Dans ce cas, il n'y a qu'un seul signal de sortie mais la forme de ce signal peut être déterminée par une disposition convenable des masses 89 et des ressorts 90. Par exemple, les masses peuvent être égales et les ressorts aussi égaux, de façon que ces masses se déplacent ensemble pour donner un seul signal rectiligne pour un taux constant d'augmentation de la vitesse de rotation, comme indiqué par exemple en 95 ou 96 sur la figure 8. D'autre part, les masses peuvent être disposées comme on l'a décrit pr-cédemment, c'est-à-dire de façon que l'une des masses se déplace plus rapidement que l'autre.Dans ce cas, tant que la première masse n'a pas atteint sa butée 91 (la vitesse de rotation augmentant à un taux constant), le signal de sortie sera une mesure de la variation de la contrepression moyenne aux buses 87 et 88. Si la vitesse de rotation continue à augmenter au même taux, le signal sera ensuite une fonction de la contre pression à celle des buses 87 ou 88 qui correspond à la masse encore en déplacement. Le signal de sortie dans ce cas sera alors de la forme générale indiquée en 97 sur la figure 8, le point Q représentant l'instant auquel la première masse atteint sa butée 91. Dans des dispositifs du type décrit en référence à la figue 7, les buses 87 et 88 peuvent, au lieu d'être placées radialement à l'extérieur des masses, être radialement à l'intérieur d'elles, c'est-à-dire entre les masses. Une augmentation de la vitesse de rotation produira alors une diminution de la contrepression. Une telle disposition peut être particulièrement utile quand le système à fluide doit donner une sécurité en cas de défaillance: le signal de sortie sera disposé pour agir de façon à réduire la vitesse de la machine à laquelle le dispositif est associé quand la pression du signal de sortie est diminuée jusqu'à une valeur prédéterminée, que cette diminution soit due à une augmentation excessive de la vitesse de rotation ou qu'elle soit due à une fuite ou à un autre défaut dans le système à fluide. Le même principe peut par exemple être appliqué à un dispositif du type représenté aux figures 1 et 2, le détecteur 14 étant entre les masses 10, ainsi qu'à un dispositif du type représenté sur la figure 4 si on incline simplement les faces supérieures des masses 40 dans le sens opposé à celui représenté. En référence maintenant aux figures 9 et 10, le dispositif comprend une barre de rotor 100 sur laquelle deux masses 101 sont montées au moyen de lames de ressorts 102. Chaque ressort 102 est muni d'un dispositif de précontrainte 103 à son point d'appui pour permettre leçréréglage des caractéristiques de la déviation radiale en fonction de la vitesse de rotation pour la masse correspondante 101. Des butées réglables 104 sont montées sur un prolongement 100A de la barre de rotor 100 pour limiter la déviation radiale des masses 101. Deuxdétecteurs 105 sont montés coaxialement sur la barre de rotor 100 et disposés de façon à tourner avec la barre de rotor.Dans cet exemple, les détecteurs 105 sont combinés dans un même ensemble de détection 106, composé de deux tubes coaxiaux 107, 108, le tube extérieur 108 étant cloisonné par des parois 109 en deux canaux de signaux de sortie 110, 111 qui communiquent respectivement avec des buses 112 et 113. Le tube intérieur 107 se décharge à travers des étranglements 114 dans les buses 112 et 113. L'élément 106 est monté coaxialement sur la barre de rotor 100 au moyen d'une liaison par cannelures 115 de façon à tourner avec la barre de rotor et il est supporté à travers un palier 116 dans une enveloppe 117 ayant une entrée d'air 118. Celle-ci est raccordée à une source d'air comprimé (non représentée) et communique avec le tube intérieur 107. Deux joints coaxiaux 119 sont prévus à l'intérieur de l'enveloppe 117 autour de l'élément 106 de façon que celui-ci puisse tourner dans les joints 119; entre les deux joints, l'enveloppe a une sortie de pression de signal 120 qui communique avec les canaux 110 et 111 par des passages 121 dans la paroi du tube extérieur 108 entre les deux joints. Les buses 112 et 113 sont adjacentes à des faces inclinées 101A des masses 101 de façon qu'une déviation radiale vers l'extérieur de ces masses par suite d'une augmentation de la vitesse de rotation du rotor diminue la contre pression aux buses 112, 113 en entraînant une diminution résultante des pressions des signaux de sortie dans les canaux 110 et lit. Comme pour le dispositif représenté sur la figure 7, les masses 101 peuvent être prévues pour se déplacer radialement de distances égales pour une variation donnée de la vitesse de rotation ou au contraire de distances différentes de façon à produire des signaux de sortie semblables à ceux représentés en 95 et 96 sur la figure 8. Dans ce cas, cependant, l'enveloppe doit être modifiée de façon convenable pour permettre à la fois la transmission de signaux de sortie provenant des deux canaux 110 et 111. Un moyen de réglage convenable (non représenté) est prévu pour faire varier la position axiale des buses 112 et 113 par rapport aux masses 101 par un mouvement axial de l'enveloppe 117 et de l'élément détecteur 106. Cela est avantageux du fait que les faces 101A des masses 101 sont inclinées, car le réglage axial de la position des détecteurs 105, en faisant varier la contre pression., peut être utilisée pour faire varier le réglage du régulateur. Bien que dans cet exemple les détecteurs 105 soient combinés dans un même ensemble 106, ils peuvent également être établis en éléments séparés, le moyen pour les monter sur le rotor étant modifié de façon correspondante. On peut encore n'utiliser qu'un seul détecteur donnant un signal de sortie semblable à l'une ou l'autre des lignes 95-97 de la figure 8 selon la disposition des masses comme on l'a exposé précédemment. La figure 11 montre une modification de la disposition représentée sur les figures 9 et 10; un élément détecteur 14, semblable à celui décrit en référence à la figure 1, est disposé au voisinage d'une seconde face inclinée 101B sur le côté radialement extérieur de l'une des masses 101. Ainsi le mouvement radial de la masse 101 provoque une augmentation du signal de pression de sortie provenant du tube de sortie 18 du détecteur 14 quand le signal de pression de sortie provenant du canal 111 diminue et inversement. De cette façon, le dispositif peut être établi pour produire un type "push-pull" de sortie qui peut être fourni par exemple à un amplificateur proportionnel à fluide. Si on le désire, au lieu d'associer un seul détecteur 14 à une masse, on peut associer un détecteur à chacune des deux masses. Le dispositif des figures 12 à 14 comprend deux masses égales 130, montées symétriquement sur le rotor 12 de part et d'autre de l'axe de rotation ou roter au moyen de ressorts 11 de type cantilever, ancrés sur des blocs 132 sur le rotor. Les masses 130 sont placées de façon qu'en position sans charge elles soient l'une près de l'autre ou se touchent sur un plan contenant l'axe de rotation. On peut prévoir une ou deux butées entre les masses pour empêcher qu'elles se touchent. Elles peuvent aussi être réunis par un ressort de précontrainte 133 qui peut être monté par exemple sur des bras 134 (qui peuvent être élastiques ou non) soit sur les faces des masses opposées aux ressorts 131, comme représenté, soit du même côté.Les ressorts 131 peuvent être joints directement par un ressort de précontrainte ou être soumis à une précontrainte par tout autre moyen convenable ou encore n'entre soumis à aucune précontrainte. Des butées 135 pour les masses 130 peuvent aussi être prévues. Le détecteur fixe 14 comprend la buse 15 coaxiale à l'axe de rotation et très près des masses dans la position sans charge de celles-ci; la buse 15 est alimentée en air comprimé à travers l'étranglement 16 dans le tube d'alimentation 17. Entre la buse 15 et l'étranglement 16 se trouve le tube de branchement de sortie 18, raccordé à un moyen convenable (non représenté) répondant à la pression d'air dans le tube 18. Dans la modification représentée sur les figures 15 et 16, chacune des masses~130 est montée sur deux ressorts 136 du type cantilever, chacun de ces ressorts étant ancré à un bloc 137 qui est mobile de façon réglable sur le rotor 12 dans une direction à angle droit par rapport aux ressorts 136. Un vernier ou une autre graduation convenable 138 peut autre associé à chaque bloc 137 pour indiquer le degré de réglage. Le réglage de la position des blocs 137 (et par suite de la position initiale des masses 130) établit un moyen de préréglage du dispositif. Les masses 130 dans ce cas se déplacent en droite ligne lors de la rotation du rotor par suite du fait que les ressorts 136 sont en paires parallèles. On comprendra qu'on peut envisager bien d'autres mo & fica- tions sans s'écarter du cadre de l'invention. Par exemple, on peut utiliser toute forme convenable de détecteur à fluide sensible aux variations de proximité. Un type d'un tel détecteur a été décrit dans la demande de brevet français déposée à Paris le 6 novembre 1968 sous le numéro 172 730 au nom de la même société. Il n'est pas nécessaire que le fluide de captage soit de l'air comprimé mais dans certains cas il peut être tout fluide gazeux sous pression ou un liquide, par exemple de l'huile0 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer des vitesses de rotation, comprenant au moins une masse mobile en réponse à une variation de la force centrifuge résultant d'une variation de la vitesse et un moyen de détection à fluide répondant à la position radiale de la masse et disposé pour donner un signal de pression en réponse à cette position. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans Lequel le moyen de détection comprend une buse dirigée selon l'axe de rotation. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen de détection comprend deux buses disposées de façon que le mouvement de la masse en réponse à la force centrifuge se fasse vers l'une des buses et à l'écart de l'autre. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen de détection comprend une buse disposée de façon que le mouvement de la masse en réponse à la force centrifuge soit transversal par rapport à cette buse, la face de masse en regard de la buse étant de forme appropriée pour donner une ca ractéristique désirée.