Brevet FR2012591A1 — publié le 19700320

La présente invention concerne im procédé .et îm appareil pour faire varier la section droite d'un tube venturi à col flexible par mise sous vide de l'intervalle existant entre le col flexible et une enveloppe rigide entourant le col et formant un Joint étanche 5 à l'air avec le tube venturi. La mise sous vide est effectuée pour réduire la pression.dans un compartiment entourant la partie centrale du col flexible de façon à l'empêcher d'être entraînée vers l'intérieur par le courant de fluide passant dans le tube venturi. Il existe plusieurs dispositifs classiques pour faire varier 10 la section de passage d'un col de venturi, notamment un dispositif mécanique qui comporte une pince pour régler en position les parois flexibles du col du venturi en vue de maintenir une chute de pression ou perte de charge constante entre l'entrée et la sortie du tube venturi. Ce dispositif peut être actionné en fonction de va-15 riations de la différence de pression dans le venturi. Lorsque l'écoulement de gaz passant dans le tube venturi diminue, une pression différentielle plus petite est produite dans le tube venturi. En réponse à cette, variation de la perte de charge, les pinces mé- .peuvent etre amenées a caniques /resserre, r les parois du col du venturi radiale ment vers 20 l'intérieur en réduisant ainsi la section de passage et en augmentant la perte de charge dans le tube. Lorsque la section du col est suffisamment réduite, la perte de charge reprend sa valeur initiale. Inversement, lorsque le débit de gaz augmente, les pinces mécaniques sont actionnées de manière à élargir les parois du col 25 et par conséquent à augmenter la section de passage. L'inconvénient de ce dispositif consiste en ce qu'il a une réponse lente .et en ce que les réglages effectués sont imprécis lorsque le fluide passant dans le tube venturi est compressible. Un autre dispositif qui a été utilisé pour faire varier la 30 section de passage d'un, col de venturi flexible est constitué par une matière gonflable qui recouvre la surface intérieure du col de venturi. Lorsque le débit de gaz diminue à l'entrée du venturi, la matière recouvrant le col est gonflée, en réduisant ainsi sa section. Ge dispositif présente un inconvénient du fait que, bien 35 qu'il fonctionne correctement pour tous les fluides incompressibles, il ne remplit pas sa fonction lorsqu'un gaz compressible passe dans le tube venturi ou bien lorsque la pression d'un gaz compressible passant dans le col de venturi est inférieure à la pression ambiante autour du col. 40 Certains inconvénients des dispositifs classiques sont imputa 69 23323 2 2012591 bles à la variation, de pression qui peut se produire à l'intérieur du tube venturi. Lorsqu'un fluide compressible s'écoule dans un tube venturi, le gaz passe d'une pression relativement élevée et d'une basse vitesse à l'entrée du col à une pression relativement 5 faible et une Vitesse élevée à la sortie. On voit par conséquent que la pression du gâz dans le col du venturi peut souvent tomber en dessous de la pression de l'air ambiant entourant le venturi. Egalement, dans de nombreuses installations, le col de venturi est soumis à un vide partiel du fait des conditions de travail de l'ins-10 tallation. Dans l'un ou l'autre cas, lorsque le col du venturi est flexible, la pression ambiante, si elle n'est pas corrigée, exerce une poussée sur les parois du col de maniéré à les resserrer radia-lement vers l'intérieur lorsque la pression à l'intérieur du col est inférieure à la pression ambiante environnante. Lorsqu'une tel-15 le condition s'établit, des variations du débit et de la pression d'entrée provoquent une modification de la- section de passage du col et par conséquent la perte de charge entre l'entrée et la sortie du tube venturi change également. On voit par conséquent qu'il est nécessaire de disposer d'un appareil de réglage permet-20 tant d'élargir les parois du col vers l'extérieur lorsqu'il faut maintenir une chute de pression constante et désirée dans le venturi. Ce problème est résolu en utilisant le procédé et l'appareil selon l'invention. L'invention a pour but de fournir un appareil permettant de 25 faire varier la section de passage du col d'un tube venturi afin de maintenir une perte de charge- constante et désirée dans le iiube venturi pour des débits variables de gaz. L'invention a également pour but de fournir un appareil qui réagisse plus rapidement et avec plus de précision que les. appareils connus à des va-30 riations d'écoulement dans un tube venturi. L'invention est utilisable dans différents domaines et elle est applicable en particulier à des installations de filtrage à venturi qui ont pour fonction d'épurer des gaz chargés en particules. Dans ces installations, un courant de gaz contenant des parti-35 cules de poussière et un brouillard d'eau est introduit dans un tube venturi-de façon à faciliter l'agglomération des particules. Dans ce cas, la pression différentielle désirée doit être maintenue constante dans le tube venturi en dépit de variations de la pression d'entrée ou du débit. Ce dispositif est utilisé dans tous 40 les cas où on doit séparer d'un courant de gaz des particules in 69 23323 3 2012591 désirables. Une autre application est fournie par des dispositifs d'injection de carburant de moteurs à combustion interne. Dans ce domaine, on peut appliquer l'invention à des véhicules astronauti-ques, aériens, terrestres et nautiques utilisant des moteurs à 5 combustion interne pour leur propulsion. Comme autres applications, on peut citer des dispositifs de chauffage au gaz naturel, des dispositifs d'épuration par succion et des torches à gaz combustibles. L'invention concerne un procédé pour faire varier la section de passage d'un col flexible d'un tube venturi, qui consiste à dé-10 tecter la perte de charge dans le tube venturi et à mettre sous vide un compartiment étanche à l'air entourant le col flexible en réponse à la perte de charge détectée. L'invention concerne également un appareil pour faire varier la section de passage d'un col flexible d'un tube venturi, appareil 15 comprenant : a) une enveloppe rigide entourant le col et délimitant un compartiment étanche à l'air, qui entoure le col, b) une source de vide, c) un dispositif formant soupape, relié à la source de vide et à un 20 passage d'air partant du compartiment étanche et agencé de manière à contrôler la communication entre le compartiment étanche et la source de vide en réponse à un signal de commande, d) un dispositif de détection de pression différentielle relié à l'entrée et à la sortie du tube venturi et 25 e) un dispositif de réglage de pression différentielle, relié au dispositif de détection et au dispositif formant soupape et agencé pour engendrer le signal de commande en fonction de la pression différentielle régnant dans le tube venturi. La variation de section du col du tube venturi en réponse à 30 des modifications de la perte dè charge dans le tube agit de façon à maintenir la perte de charge désirée pour des débits variables de gaz. On peut utiliser les principes de la dynamique des fluides pour montrer que, dans un écoulement de gaz passant dans un tube venturi, la pression varie en raison inverse de 35 la vitesse. Puisque la vitesse dans le col du venturi est toujours supérieure à la vitesse à l'entrée, la pression du courant de gaz dans le col est toujours inférieure à la pression à l'entrée du venturi. Lorsque l'écoulement de gaz se trouve initialement à une pression faible, c'est à dire à une pression d'entrée seulement 40 légèrement supérieure à la pression atmosphérique, la pression dans 69 23323 4 2012591 le col tombe souvent en dessous de la pression atmosphérique. Le vide partiel ainsi produit, s'il n'est pas contrebalancé, fait en sorte que la partie centrale du col flexible soit refoulée radiale-ment vers l'intérieur par la pression atmosphérique ambiante qui 5 s'exerce autour du col. Une augmentation ultérieure de la pression d'entrée a tendance à réduire encore la pression dans le col et à augmenter la chute de pression résultante entre l'entrée et la sortie du venturi. La pression atmosphérique a par conséquent tendance à resserrer encore plus le col flexible. Une réduction ultérieu-10 re du débit de gaz à l'entrée a tendance à augmenter la pression dans le col et à diminuer la chute de pression résultante entre l'entrée et la sortie du venturi. L'augmentation de pression dans le col a tendance dans ce cas à refouler la partie central^du col flexible, radialement vers l'extérieur. Dans l'un ou l'autre cas, 15 la chute de pression entre l'entrée et la sortie varie. Lorsqu'on désire maintenir la pression entre l'entrée et la sortie du venturi à un niveau prédéterminé au cours de variations des conditions d'écoulement, on contrôle la dilatation et la contraction du col en utilisant l'appareil selon l'invention. 20 La structure physique et le fonctionnement du dispositif for mant soupape et du dispositif de transmission de perte de charge l'appareil selon l'invention peuvent avoir différentes formes. Ces dispositifs peuvent être actionnés de différentes manières, par exemple électriquement, pneumatiquement, à l'aide de 25 ressorts ou bien par toutes combinaisons de ces moyens. On peut utiliser toutes constructions de ces dispositif^ compatibles avec l'invention. Les modes de réalisation préférés de 1'.invention utilisent un dispositif générateur de signaux de perte de charge qui émet un signal électrique pour actionner le dispositif formant 30 soupape ou bien un dispositif générateur de signaux de perte de charge qui émet un signal pneumatique pour actionner le dispositif formant soupape. Le tube venturi est normalement construit symétriquement par rapport à un axe rectiligne. Cependant, la forme du tube venturi 35 peut être modifiée dans certaines applications et l'axe suivant lequel les parties du tube venturi sont réparties peut présenter une courbure d'une nature moins classique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans^Ja description, en référence au 40 dessin annexé dont la f est une coupe verticale d'un mode de BAD ORIGINAL 69 23323 5 2012591 réalisation préféré de l'appareil, selon l'invention. Un tube venturi 23 est formé d'un tronçon d'entrée 2, d'un col flexible 1 en caoutchouc et d'un tronçon de sortie 3. Bien que le col 1 soit formé de caoutchouc dans l'exemple considéré, il va de 5 soi qu'il peut être fabriqué à.partir de toute matière élastique organique appropriée, le tronçon d'entrée 2, le col 1 et le tronçon de sortie 3 sont centrés sur un axe commun..Le col flexible 1 est scellé par la périphérie de son extrémité d'entrée 32 sur la partie adjacente du tronçon d'entrée 2 tandis que l'extrémité de 10 sortie 34 est scellée par sa périphérie sur la partie adjacente du tronçon de sortie 3. La partie centrale 33 du col est flexible et peut se déplacer radialement suivant l'axe de l'ensemble. Dans . le mode de réalisation représenté, la pression au point "a", qui fait partie du tronçon d'entrée 2, est transmise par l'intermédiai-15 re d'un conduit 24 à un manomètre 5. La pression au point "c", qui fait partie du tronçon de sortie 3, est transmise par 1'intermédiaire d'un conduit 25 au manomètre 5. Le point "b" se trouve dans la partie la plus étroite du col flexible 1. Une enveloppe 4 formée d'acier ou d'une autre matière imper-20 méable plus rigide que le col 1 est disposée autour du col 1 de façon à former un compartiment étanche à l'air avec le tube venturi 23 aux deux extrémités du col 1. Ainsi, l'enveloppe 4 coupe circon-férentiéllement et est reliée de façon étanche au tronçon d'entrée 2 et au tronçon de sortie 3. Un tube de raccordement 9 relie le 25 compartiment délimité par l'enveloppe 4 à un dispositif 11 formant soupape. Le dispositif 11 formant soupape est relié à une source de vide (non-représentée)•par le conduit 12. Le dispositif 11 est agencé de manière à permettre une aspiration d'air vers la source de vide à partir du tube de raccordement 9 et du compartiment de 30 l'enveloppe 4 et/ou à partir de l'atmosphère par l'intermédiaire du tuyau 10, c'est à dire que le dispositif 11 peut être réglé de manière à mettre en communication l'atmosphère ou le compartiment, ou bien ces deux zones, avec la source de vide. Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif 11 est formé d'une paroi de re-35 tenue 27 dans laquelle est ménagé un conduit d'air aboutissant tuyau 12,relié à la source de vide. Ce passage d'air reste ouvert pendant toutes les phases de fonctionnement de l'appareil selon l'invention. Il est également prévu un passage d'air aboutissant au tuyau 10 qui débouche dans l'atmosphère et un passage d'air 40 aboutissant au tube de raccordement 9 qui est relié à l'enveloppe 69 23323 6 2012591 4. Il est~ aussi prévu un bras 13 d'obturation de passage d'air qui peut tourner autour d'un axe 26 de façon à arrêter complètement ou partiellement l'écoulement d'air en direction du tuyau 10. Le dispositif 11 comporte en outre un tube ou vessie 14 gonflable, de 5 forme allongée et fixé sur le bras d'obturation 13, un ressort 16 qui a tendance à écarter le bras d'obturation 13 du tuyau 10 et un tube de liaison 15 relié à la vessie 14 et aboutissant à un géné-rateur de signaux de perte de char/i7. lorsque de l'air comprime sort du générateur de" signaux de perte de char7 par l'intermé-10 diaire du tuyau 15, la vessie 14 est gonflée et a tendance à s'allonger de façon à obliger le bras 13 à tourner autour de l'axe 26 en s'écartant du tube 9 et.en direction dy. tuyau 10. Lorsqu'il ne sort pas d'air comprimé du générateur de signaux de perte de charge 17 par le tuyau 15, la vessie 14 gonflée permet à l'air 15 comprimé de revenir par le tuyàu 15 et elle reprend sa position dégonflée, le ressort 16 écartant le bras/d'obturation 13 du tuyau 10. le g'énératëur de signaux* de pertë de charge 17 est actionné indépendamment par une source d'air comprimé (non-représentée) et 20 il est formé d'une paroi périphérique rigide 30 munie d'un orifice d'embouchure du tuyau 15 ; il est prévu dans^la paroi 30 une soupape de sûreté 29. Un tube 22 d1 alimentation/ air comprimé, relié à la source, pénètre de façon étanche, par l'intermédiaire d'un trou ménagé dans la paroi 30, à l'intérieur du générateur- 17 et, 25 dans cette partie du tube 22, il est prévu un relais électromagnétique 18 qui, lorsqu'il est excité, attire une languette élastique 19. La languette élastique 19 est fixée rigidement sur le tube 22 par une soudure 28. Sur la languette élastique 19 est fixée une soupape à aiguille 20 coopérant avec un siège 21 qui constitue 30 l'extrémité du tube 22. Le relais électromagnétique 18 est suffisamment puissant pour vaincre la pression de l'air comprimé arrivant par le tube 22 et pour tirer la languette élastique 19 vers le haut lorsqu'il est excité par un courant fourni par une batterie et par des fils électriques isolés 7, 8 traversant de façon 35 étanche à la fois la paroi 30 et le tube 22 d'alimentation en air. Lorsque le relais électromagnétique 18 est actionné, la languette élastique 19 est tirée vers le haut, la soupape à aiguille 20 est écartée de son siège 21 et de l'air comprimé peut pénétrer dans le volume délimité par la paroi 30 et le tuyau 15 pour actionner le 40 dispositif formant soupape 11. Lorsque le relais électromagnétique BAD ORIGINAL 69 23323 7 2012591 n1est plus excité, la languette éLastique 19 revient dans sa position normale, en appliquant la soupape à aiguille 20 contre son siège 21. La pression régnant dans le tuyau de liaison 15 est déchargée par l'intermédiaire de la soupape de sûreté 29 qui permet 5 à l'air de s'échapper lentement dans l'atmosphère lorsque la soupape 20 est fermée. La soupape de sûreté 29 a des dimensions insuffisantes pour affecter sensiblement la pression transmise au tuyau 15 lorsque la soupape à aiguille 20 est écartée de son siège 21. Le relais électromagnétique 18 est excité par une batterie 10 lorsque les contacts "d" et "e" sont fermés dans une branche du manomètre 5 reliée à la branche de liaison 25. Les contacts "d" et "e" sont fermés lorsque la pression différentielle établie entre le tronçon d'entrée 2 et le tronçon de sortie 3 du venturi 23 augmente à une valeur suffisante pour permettre au mercure 6 se trouvant 15 dans le manomètre 5 de s'élever jusqu'au niveau des contacts "d" et "e" dans la branche 25. La branche 25 comporte un certain nombre de paires de fils de cuivre traversant sa paroi à différents niveaux correspondant à des points de régla^e^Le^c^ntact "d" qui est relié- au fil 31 est fixé sur l'un des/ paire de fils de cuivrg 20 àz niveau désiré et il est relié par l'intermédiaire des fils 31 et 7 à l'un des pôles du relais électromagnétique 18. Le contact "e" fil de la est fixé sur 1"autre' paire de fils de cuivre correspondant au niveau désiré et il est relié par l'intermédiaire d'un fil 8 à l'autre pôle du relais de façon à boucler le circuit. Lorsque le mercu-25 re 6 s'élève jusqu'au niveau de la paire de fils de cuivre choisis, le circuit partant de la batterie est bouclé par l'intermédiaire du fil 7, du relais électromagnétique 18} du fil 8 aboutissant au contact "e", de la paire de fils de cuivre reliés par le mercure 6 au contact "d" et par l'intermédiaire du fil 31 revenant à la batte-30 rie. L0rsque la pression au point "a" augmente, il devrait se produire, comme expliqué plus haut, une augmentation de la perte de charge entre "a" et "c" et une réduction de la pression en "b" provoquant un rétrécissement du col 1. Cet effet est empêché par 35 le dispositif selon l'invention. Lorsque la pression augmente entre "a" et"c", le niveau du mercure 6 monte dans la branche du manomètre 5 qui est reliée a la branche de liaison 25, ce qui ferme les contacts du circuit et assure l'excitation du relais électromagnétique 18. Le relais 18 attire alors la languette élas-40 tique 19 vers le haut de façon à écarter la soupape à aiguille 20 69 23323 8 2012591 de son siège 21 et à permettre une introduction d'air comprimé dans le générateur 17 par le tube d'alimentation 22 puis dans le dispositif formant soupape 11 par le tuyau 15. la pression de l'air provoque un gonflement de la vessie 14 et par conséquent un dépla-5 cernent du bras d'obturation 13 en direction du tuyau 10. En conséquence, la source de vide reliée au dispositif 11 aspire l'air se trouvant dans le compartiment délimité par l'enveloppe 4 et égalise par conséquent les pressions dans ce compartiment et dans le col de venturi au point "b". Les pressions étant égalisées, le col flexi-10 ble 1 n'a plus tendance à se contracter. Lorsque le volume intérieur de l'enveloppe 4 a été suffisamment mis sous vide, la perte de charge entre "a" et "c" atteint la valeur désirée et le contact électrique précédemment établi par le mercure 6 est coupé. Lorsque ceci se produit, on obtient dans l'appareil la même condition que 15 lorsque la pression au point "a" diminue. L0rsque la pression,et par conséquent la vitesse, au point "a" diminuent, la pression entre "a" et "c" a tendance à diminuer et la pression en "b" à augmenter, en élargissant ainsi la section du col 1. Cet effet est empêché par le dispositif selon l'invention. L0rs-20 que la pression diminue entre les points "a" et "c", le niveau du mercure 6 descend dans la branche du manomètre 5 reliée à la branche de liaison 25, en provoquant ainsi l'ouverture des contacts "d" et "e" du circuit électrique excitant le relais électromagnétique 18. Le relais électromagnétique 18 libère par conséquent la languet-25 te élastique 19 qui revient dans la position normale, en assurant l'application de la soupape à aiguille 20 contre son siège et en empêchant l'air comprimé fourni par la source de pénétrer dans le générateur de signaux de perte de charge 17 par l'intermédiaire du tube 22. La pression d'air qui a déjà gonflé la vessie 14 est dé-30 chargée par l'intermédiaire de la soupape de sûreté 29 et le ressort 16 éloigne le bras d'obturation 13 du tuyau 10. En conséquence, la source de vide reliée au dispositif 11 aspire de l'air en majeure partie à partir de l'atmosphère par l'intermédiaire du tuyau 10 au lieu de le faire à partir du volume délimité par l'enveloppe 4. Cet-35 te augmentation de pression dans le volume délimité par l'enveloppe 4, le tronçon d'"entrée 2, le tronçon de sortie 3 et le col 1 en caoutchouc refoule la partie centrale 33 du col 1 radialement vers l'intérieur,, en augmentantéiinsi la perte de charge entre "a" et "c" jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau désiré. Si la pression dif-40 férentielle entre "a" et '-'c" augmente excessivement, le résultat f 69 23323 9 2012591 obtenu avec l'appareil représenté est le même que lorsque la pression au point "a" augmente. On va en outre compléter l'explication de l'invention par l'exemple suivant. 5 ' EXEMPLE ) Un col flexible d'un, tube venturi présentant une section de passage variable et une partie centrale mobile radialement est entouré par -une enveloppe rigide qui est reliée au tube venturi de 10 façon étanche à l'air sur les deux côtés du col. La section nominale du col est égale au quart de celles du tronçon d'entrée et du tronçon de sortie. De l'air passe dans le tube venturi à une vitesse d'environ 60 mètres par seconde, la rz densité de cet air étant de 1,44 kg/m . Dans ces conditions, la 15 perte de charge entre l'entrée et la sortie du tube venturi est d'environ 38,1 mm d'eau et la pression dans le col est inférieure à la pression atmosphérique. Lorsque le débit d'entrée du gaz diminue et par conséquent lorsque la vitesse décroît, la pression différentielle entre l'entrée et la sortie a tendance également à 20 diminuer et la pression dans le col à augmenter. Cette tendance est contrebalancée en mesurant la "perte de charge dans le tube venturi et en réduisant le degré de mise sous vide du volume délimité par l'enveloppe rigide et le tube venturi eh réponse à la réduction de perte de charge dans le tube venturi. La pres-25 sion dans le volume fermé précité reste supérieure» par suite de l'influence partielle de la pression atmosphérique, ce qui empêche le col de se dilater radialement vers l'extérieur. Si le débit de gaz passant dans le venttiri augmente à nouveau, la chute de pression entre l'entrée et la sortie a tendance à aug-30 - menter et le col a tendance à se resserrer. Cependant, une mise sous vide additionnelle. du volume entourant le col en réponse à une augmentation de la perte de charge dans le tube venturi em pêche le col de se contracter et maintient par conséquent la chute de pression ou perte de charge entre l'entrée et la sortie. 35 69 23323 10 2012591 . EEVEUDICATIONS 1. Procédé pour faire varier la section de passage d'un col flexible d'un tube venturi, caractérisé en ce qu'on détecte la 5 chute de pression dans le tube venturi et en ce qu'on met sous vide un compartiment étanche à l'air entourant le col flexible,en réponse à la chute de pression ainsi détectée. 2. Appareil pour faire varier la section de passage d'un col flexible d'un tube venturi, caractérisé en ce qu'il comprend une 10 enveloppe rigide entourant le col et délimitant un compartiment étanche à l'air qui entoure le col, une source de vide, un dispositif formant soupape, relié à la source de vide et à un passage d'air partant du compartiment étanche et agencé de manière à contrôler la communication entre le compartiment étanche et la source de vide en 15 réponse à un signal de commande, un dispositif de détection de pression différentielle relié à l'entrée et à la sortie du tube venturi ainsi qu'un dispositif de réglage de pression différentielle, relié au dispositif de détection et au dispositif formant soupape et agencé pour engendrer le signal de commande en fonction de la 20 pression différentielle régnant dans le tube venturi. 3. Appareil suivant la revendication 2 f caractérisé en ce que le signal de commande est un signal électrique. 4. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de commande est un signal pneumatique. 25 5. Appareil suivant l'une des revendications 2 à 4, caracté risé en ce que le dispositif formant soupape contient un orifice d'évent relié à l'atmosphère et positionné de manière à permettre ion réglage de la communication entre la source de vide et l'atmosphère . 30 6. Appareil suivant les revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le col flexible est foimé de caoutchouc.