Brevet FR2006759A1 — publié le 19700102

On utilise à l'heure actuelle des installations à fluide pour des applications telles que le traitement de données, le contrôle d'attitude de missiles, les pilotes automatiques, le réglage d'appareils industriels, etc. De telles installations exigent, 5 pour un fonctionnement correct, des sources de pression réglée. Des fluctuations de la pression à partir de la valeur de réglage peuvent occasionner des erreurs et risquent même d'endommager des appareils dans l'éventualité d'une surcharge importante»; Pour des installations de ce genre, on obtient normalement 10 le fluide moteur à partir d'une source à haute pression tandis que les pressions plus faibles sont fournies par des régulateurs de pression. En vue de conférer à de tels régulateurs de pression des caractéristiques désirées telles qu'une longue vie en service et une grande fiabilité, il est préférable que ces régulateurs ne 15 comportent aucun organe mobile. En conséquence, les principaux buts de l'invention sont : - de réaliser un régulateur de pression ne comportant aucun organe mobile, dont le fonctionnement demeure hautement fiable pendant des périodes de fonctionnement extrêmement longues; 20 - de réaliser un tel régulateur qui soit capable de fournir une pression réglée pratiquement constante sur un intervalle é-tendu de pressions d'entrée non-réglées; - de réaliser un tel régulateur qui soit capable de fournir une pression réglée pratiquement constante sur un intervalle é- 25 tendu de conditions de charge; - de réaliser un régulateur du type précité qui permette un rapide réajustement de la pression à sa valeur réglée, en réponse à des variations de la pression d'entrée non-réglée ou à des variations des conditions de charge; et 30 - de réaliser un tel régulateur dans lequel on puisse sé lectionner diverses valeurs de la pression réglée. Brièvement, le régulateur de pression selon l'invention comprend un bloc d'amplification proportionnelle comportant au moins un ajutage pour le fluide de puissance, un premier et un 35 second orifice de commande et au moins un passage de sortie. Un premier dispositif de liaison sert à connecter le passage de sortie à une charge. Un second dispositif de liaison sert à connecter l'orifice du fluide de puissance à une source de fluide à pression non-réglée. Une résistance à l'écoulement, du type li-40 néaire, est montée entre le premier dispositif de liaison et le . 6912605 2 2006759 premier orifice de commande du bloc d'amplification à fluide, et une résistance à l'écoulement, du type non-"linéaire, est montée entre le premier dispositif de liaison et le second orifice de commande du bloc d'amplification à fluide. 5 La description gui va suivre faite en regard du dessin an nexé montrera bien comment l'invention peut être mise en oeuvre. La Figure 1 est un schéma général d'un régulateur de pression selon l'invention; La Figure 2 est un graphique représentant les variations de 10 la pression différentielle entre les conduites 36 et 38 de la Figure 1 en fonction de la pression Pr qui existe dans la conduite 26; La Figure 3 est un graphique représentant les variations de la pression différentielle entre les conduites 36 et 38 de la Fi-15 gure 1 en fonction du débit dans la conduite 26, et La figure 4 est un graphique représentant la variation de la pression dans la conduite 26 de la Figure 1 en fonction du débit dans cette même conduite. A la Figure 1, on a représenté un bloc d'amplification 10 20 comprenant trois amplificateurs proportionnels en cascade 12, 14 et 16. Les passages de sortie de 1*amplificateur 16 sont reliés par des conduites 18 et 20 aux deux ajustages de commande.d'un amplificateur proportionnel 22 dont le but est d'accroître le débit disponible vers une charge 24 reliée à l'un des passages de 25 sortie de l'amplificateur 22 par une conduite 26. L'autre passage de sortie de l'amplificateur 22 est ouvert à l'atmosphère, comme il est indiqué en V. L'expression "conduite" utilisée dans le présent mémoire désigne une conduite proprement dite, un canal, un tube, un conduit ou un autre moyen approprié d'acheminement de 30 signaux à fluide. Une source P_ de pression non réglée est raccordée aux aju-tages alimentant les amplificateurs proportionnels 12, 14, 16 et 22. La pression Pr qui est établie dans la conduite 26 est transmise par une conduite 28 aussi bien à une résistance non linéaire 35 32 qu'à une résistance linéaire 34- qui est représentée comme é-tant variable. La résistance linéaire 34 peut être sous forme d'un étranglement à écoulement laminaire, tandis que la résistance non linéaire 32 peut comporter un étranglement qui oppose de la résistance à l'écoulement du fluide par l'incorporation d'un 40 orifice ou d'une réduction de la section transversale de la con- 6912605 3 2006759 duite dans laquelle le fluide circule. Pour servir de résistance non linéaire, on préfère tout particulièrement l'utilisation d' une diode fluidique qui fait l'objet de la demande de brevet français (P.T. N° 178.754-) déposée le 17 décembre 1968 au nom de 5 la Demanderesse. Les caractéristiques débit-pression d'une telle O diode ne sont pas linéaires jusqu'à une pression de 1,06 kg/cm et la diode présente des caractéristiques de résistance négatives O aux pressions comprises entre 1,4 et 2,1 kg/cm . Un détendeur 30 monté dans la conduite 28 permet de fournir 10 aux résistances 32 et 34- une pression plus faible que Pr. La résistance non linéaire 32 communique par une conduite 36 avec l'un des ajutages de commande de l'amplificateur proportionnel 12, la résistance linéaire 34- étant reliée à l'ajutage de commande opposé de l'amplificateur 12 par une conduite 38. Une soupape 40 est 15 montée en série avec la résistance non linéaire 32 afin d'en changer le gain. Le bloc d'amplification 10 et l'amplificateur 22 pourraient être remplacés par un seul amplificateur proportionnel dont l'ajutage de fluide de puissance serait raccordé à la source de 20 pression non réglée P_, dont les ajutages de commande opposés seraient reliés aux conduites 36 et 38 et dont enfin le passage de sortie serait relié à la conduite 26. Toutefois, pour des raisons qui seront expliquées par la suite, cette version simplifiée de l'appareil ne serait pas aussi efficace que l'installation re-25 présentée à la Figure 1 pour fournir une pression réglée. Le principal problème auquel on se heurte lorsqu'on cherche à construire un régulateur de pression ne comportant pas d* organes mobiles est celui de l'établissement d'une pression de référence à laquelle on pourrait comparer toutes les autres pres-30 sions qui existent dans l'installation. Selon la présente invention, le procédé qui sert à établir une pression de référence désirée est basé sur les caractéristiques de débit de la résistance linéaire 34- et de la résistance non linéaire 32. On va maintenant décrire le fonctionnement du régulateur 35 de pression représenté à la figure 1, en se référant également aux graphiques des Figures 2 à 4. En supposant que le détendeur 30 et la soupape 40 soient entièrement ouverts, de sorte que la pression Pr de la conduite 26 est appliquée aux résistances 32 et 34-, une pression différen-40 tielleâP^ sera établie entre les conduites 36 et 38. La courbe 6912605 4 2006759 42 de la figure 2 représente les variations de cette pression différentielle APi en fonction de la pression P^,. Si l'on augmente la pression Pr à partir de zéro, on constate que la pression dans la conduite 36 est d'abord plus élevée que celle dans 5 la conduite 38 car le débit d'écoulement à travers la résistance non linéaire 32 est plus important que celui à travers la résistance linéaire 34*. Par conséquent, la pression différentielle A P^ est initialement positive. Pr continuant à augmenter, il arrive -un moment où les débits dans les deux résistances 32 et 10 34- deviennent égaux, de sorte que la différence de pression A P^ s'annule pour une valeur de Pr qui est égale à R. Ainsi, la pression de référence précitée est la valeur de la pression nécessaire pour égaliser les débits dans les résistances linéaire et non linéaire. 15 Pour une nouvelle augmentation de Pr, la pression dans la conduite 38 devient plus importante que celle dans la conduite 36, si bien que la valeur AP.^ devient négative. C'est cette plage des valeurs négatives deAp^ que l'on utilise pour régler la pression dans la conduite 26. Quand la pression dans la conduite 20 28 dépasse le point E (Figure 2), A P^ devient négative et cette valeur deAP^ est amplifiée par le bloc d'amplification 10. La pression dans la conduite 20 est plus élevée que dans la conduite 18 pendant cette période oùAP^ est négative, et la majeure partie du fluide de puissance alimentant 1*amplifieateur 22 est dé-25 chargée à l'atmosphère. La portion du fluide de puissance dans l'amplificateur 22 qui est transférée dans la conduite 26 est seulement la portion nécessaire pour maintenir la pression dans la conduite 26 à la valeur réglée Pr. Entre les pressions P^ et Pg, la courbe 42 présente une 30 pente qui est représentée par la ligne 44. La pression différentielle AP^ est nulle quand la pression Pr est égale à R. Pour toute pression Pa comprise entre les limites P^ et P^, la pression différentielle sera définie par l'équation : AP± » (R-Pa> (1) 35 La relation existant entre le débit F dans la conduite 26 et la pression différentielle A P^ entre les conduites 36 et 38 (Figure 1) est représenté par le graphique de. la Figure 3. Si l'on appelle Kg la pente de la'ligne 48, on peut définir la pression différentielle par 1'équation : 40 ÛP. - AP±q + K2F (2) 6912605 5 2006759 dans laquelle A P^Q est la différence de pression dans les conditions d'un débit nul. Cette équation est valable pour toutes les valeurs de débit inférieures à une valeur F . au-delà de laquel- max le la relation entre l'écoulement et la différence de pression 5 cesse d'être linéaire. Etant donné que P représente une valeur donnée de P_ corn- a J? prise entre P^ et Pg, on peut combiner les équations (1) et (2) et obtenir ainsi l'équation suivante : -E2 APio) 10 P_ « F + p- + R (3) E1 En conséquence, pour obtenir le réglage optimal de la pression, K„j doit avoir une valeur élevée et Kg une valeur faible0La constante K^ est en rapport direct avec la différence des carac-^ téristiques des résistances non linéaire 32 et linéaire 34-. La constante Kg est en rapport inverse avec le gain de puissance du bloc d'amplification 10. On voit donc que, même s'il est possible de construire un régulateur de pression en n'utilisant qu'un seul amplificateur proportionnel tel que l'amplificateur 22 et qui g0 peut comporter un ou plusieurs amplificateurs proportionnels, l'incorporation d'un bloc d'amplification du type spécifié améliore notablement le réglage. La courbe 52 à la Figure 4- indique la relation qui existe entre le débit du fluide vers la charge 24 et la pression réglée g^ Pr. La courbe 52 est sensiblement linéaire pour les valeurs du débit allant jusqu'à une valeur FMAY, au-delà de laquelle la pression Pr commence à baisser rapidement. Si l'on désigne par Kj la pente de la courbe 52, on peut définir la pression réglée par l'équation suivante : 30 Pr " ï-0 " V W En comparant cettë équation à l'équation (3)» on voit que Kj » Kg/K^. En conséquence, la valeur de la pression réglée Pr pour un débit nul vers la charge peut être définie comme suit : 35 ^Pr^F=0 = R " K ±0 (5) On a construit un régulateur de pression en se conformant à la représentation schématique de la Figure 1. La résistance 34-est une résistance linéaire normalisée tandis que la résistance 40 non linéaire 32 est une diode fluidique du type'mentionné. Avec 6912605 6 2006759 cette combinaison particulière d'éléments linéaire et non-linéaire, on obtient une constante ayant une valeur élevée. A la figure 1, on a illustré trois procédés permettant de faire varier la pression réglée Pr. Le premier procédé utilise la 5 résistance linéaire variable 34-. Cette résistance 34- peut être constituée par n'importe quel type de résistance linéaire variable, comme par exemple la résistance linéaire à variation linéaire qui fait l'objet de la demande de brevet N° P.V. déposée ce jour au nom de la Demanderesse. On pourrait obtenir le 10 même effet en remplaçant la résistance indiquée par une résistance linéaire d'une valeur différente. Le second procédé de variation de la pression réglée consiste à changer le gain de l'élément non linéaire par incorporation d'une soupape 40 en série avec lui. Le troisième procédé consiste à incorporer un détendeur 15 30 dans la conduite 28 pour réduire ainsi la pression transmise à deux résistances 32 et 34-. Chacun de ces procédés permet de modifier la pression réglée car, dans chaque cas, on aboutit à un changement de la pression E (Figure 2) pour laquelle la pression différentielle AP^ est nulle. 20 Avec le régulateur de pression qui vient d'être décrit, on a obtenu les résultats suivants ï la variation de la pression réglée due aux changements de la pression non réglée était de - 2% de la pression réglée quand la pression non réglée fructuait en-tre 2,8 et 6,7 kg/cm . Le temps de réponse de l'installation é-25 tait de 0,1 seconde pour un changement de charge et de 0,05 seconde pour un changement de débit d'ailimentation. La pression réglée 2 était variable entre 0,35 et 3>2 kg/cm , les meilleurs résultats p étant obtenus dans l'intervalle de 1,4 à 2,1 kg/cm . Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux 30 modes de réalisation qui ont été décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour autant du cadre de cette invention. 6912605 7 2006759 REVENDICATIONS 1. Régulateur de pression du type fluidique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un amplificateur fluidique proportionnel comportant un ajutage de fluide de puissance, deux orifi- 5 ces de commande et deux passages de sortie, ledit ajutage de fluide de puissance étant relié à une source de pression non réglée et l'un des passages de sortie étant relié par un dispositif de liaison à une charge; et un trajet de réaction comportant une résistance à l'écoulement, du type linéaire, et line résistance à 10 l'écoulement, du type non linéaire, les deux résistances étant connectées, à l'une de leurs extrémités, au dispositif de liaison précité et, à leur autre extrémité, à l'un et à l'autre des orifices de commande, respectivement. 2. Régulateur de pression suivant la revendication 1, ca-15 ractérisé en ce que la résistance linéaire est variable. 3. Régulateur de pression suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif permet de faire varier la pression appliquée à partir du dispositif de liaison à l'une et/ou à l'autre des deux résistances linéaire et non-linéaire. 20 4. Régulateur de pression suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce que l'amplificateur proportionnel fait partie d'un groupe de plusieurs amplificateurs proportionnels reliés en série qui constituent conjointement un bloc d'amplification, le dernier amplificateur de la série étant en communication par ses 25 passages de sortie avec les orifices de commande d'un amplificateur proportionnel supplémentaire dont l*-une des sorties est reliée audit dispositif de liaison. 5* Régulateur de pression suivant la revendication 4-, caractérisé en ce que l'autre sortie de ce dernier amplificateur 30 est ouverte à l'atmosphère. 6. Régulateur de pression suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape en série avec la résistance non linéaire afin de réduire la pression qui l'alimente.