Brevet FR2032376A1 — publié le 19701127

i 2032376 La présente invention, concerne un servodis'tributeur à ajutage injecteur et plus, particulièrement un servodistributeur ayant une caractéristique de gain variable. Les servodistributeurs à jet de fluide comportant un 5 ajutage pour produire un jet de fluide à vitesse relativement élevée, un dispositif récepteur pour convertir l'énergie cinétique du jet de fluide en"énergie statique ou de pression récupérée et un dispositif pour provoquer la déflexion du jet par rapport au dispositif récepteur sont courants dans le domaine de la commande„ 10 Ces dispositifs â jet de fluide ont une caractéristique de gain, c'est-à-dire une courbe de récupération de la pression en fonction de la déflexion du jet, à peu près linéaire dans la plage de fonctionnement du dispositif déflecteur du jet* Cependant, pour de nombreuses applications, il est préférable que le servodistributeur 15 ait une caractéristique de gain dont la pente de la courbe de pression en fonction du signal entrant varie en fonction de.1'amplitude du signal entrante Par exemple, pour certaines applications, il est désirable que le gain du servodistributeur soit relativement élevé près du signal zéro et un peu plus faible que le gain pour 20 le signal zéro quand le distributeur fonctionne près de la saturation. Pour d'autes applications, il est désirable d'obtenir une caractéristique inverse de gain variable.. Il est désirable de plus, du point de vue de la simplicité de la structure/que le dispositif pour établir cette caractéristique de gain variable soit 25 incorporé dans le dispositif déflecteur du jet de fluide. Les procédés antérieure pour obtenir cette caractéristique de gain variable utilisent habituellement un servodistributeur de second étage qui peut être commandé par un dispositif à ajutage produisant un.jet et qui comprend un piston coulissant dans un cylindre, la J>0 combinaison cylindre-piston établissant un trajet d'écoulement comportant une partie à gain variable. Cependant, un dispositif antérieur de ce type peut être simplifié et la nécessité d'un second étage pour permettre le gain variable peut être supprimée si le dispositif déflecteur de jet de fluide comporte un dispositif pour 35 provoquer la caractéristique désirée de gain variable. L'invention a pour objet un servodistributeur à ajutage injecteur dans lequel le dispositif déflecteur du jet comporte BAD ORIGINAL 70 06643 2 2Ô32376 im dispositif pour faire varier, les gains du servodistributeur fonction, de l'amplitude relative du .signal entrant. L' invention a aussi pour objet un servodistributeur ayant un gain relativement élevé pour, tm signal voisin de zéro et 5 un gain relativement faible près de la. .saturation0 . L'invention a aussi ppur objet un servodistributeur ayant un gain relativement faible pour un .signal voisin de zéro et un gain relativement élevé près de la saturation. Un servodistributeur â ajutage injecteur, à gain 10 variable selon- l'invention,comprend un ajutage pour convertir un fluide sous pression en jet d'une vitesse relativement élevée, un dispositif récepteur pour convertir l'énergie cinétique du jet en énergie statique ou de pression, et un dispositif pour faire varier la récupération de pression entre l'ajutage et le disposi-15 tif récepteur, le dispositif faisant varier la récupération de la pression comportant un dispositif mobile pour diriger le jet par rapport au récepteur, ce dispositif étant adapté pour faire passer au moins une partie du jet vers le dispositif récepteur, et un dispositif déflecteur pour dévier une partie.du jet par rapport 20 au dispositif récepteur pendant une partie seulement de la course du dispositif directeur mobile. ... Les caractéristiques de 1.'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 25 - la figure 1 est une coupe schématique d'un distri buteur selon un-mode de .mise en oeuvre de l'invention, le dispositif directeur en position zéro., - la figure 2 représente schématiquement en perspective et en coupe le dispositif faisant varier la récupération de 30 pression du distributeur de la figure 1, - la figure 3 est une coupe.schématique du distributeur de la figure 1 fonctionnant dans une. région à gain faible, • - la figure 4 est une eoup.e; du dis.tributeur de la figure 1 fonctionnant dans une région,,à gain,, élevé, 35 -. . - la figure 5 est une coupe schématique d'ion distri buteur selon un autre mode de gilse .en oeuvre de l'invention, le dispositif directeur en position zéro, % BAO ORIGINAL 70 06643 3 2032376 - la figure 6 est une coupe du distributeur de la figure 5 fonctionnant dans la région à gain élevé, - la figure 7 est une coupe du distributeur de la figure 5 fonctionnant dans la région à gain faible, et 5 - la figure 8 est un graphique montrant des carac téristiques de gain des dispositifs des figures 1 et 5. La figure 1 représente un distributeur 10 qui comprend un tube 12 terminé par un ajutage 14 pour engendrer un jet à grande vitesse, un dispositif récepteur 16 en aval de l'ajutage 14 et 10 comportant des passages récepteurs 18 disposés pour être frappés par au moins une partie du jet, et un dispositif 20 pour faire varier la récupération de pression, et qui comporte un dispositif, non représenté, pour provoquer le déplacement de ce dispositif en réponse à un signal entrant de commande. Le tube 12 est connecté 15 à une source de fluide sous pression 22 par un conduit 24, et les conduits récepteurs 18 sont connectés à un dispositif d'utilisation comprenant un cylindre 28, contenant un piston 30 dont la tige de piston 32 traverse une extrémité 19 pour entraîner un mécanisme d'utilisation convenable. Des conduits 34 raccordent les 20 conduits récepteurs 18 aux extrémités du cylindre 28 sur les côtés opposés du piston 30, la différence de pression de part et d'autre du piston 3C dépendant/quand le piston est immobile^ des proportions des superficies du récepteur 18 frappées par le jet et des limitations du système telles que la pression de la source de 25 fluide et la distance entre l'ajutage 14 et les récepteurs 18. Le dispositif pour faire varier la récupération de pression (figures 1 et 2} a la forme d'un tiroir 20 comportant une cavité 36 définie par une plaque de fond 44, une plaque supérieure 38 et des parois latérales 42, la cavité communiquant avec 30 l'extérieur à travers un orifice d'échappement 44. Les tiroirs 20 peuvent être formés par usinage d'un bloc pour obtenir une structure formée de la plaque de fond 40 et des parois latérales 42 et en fixant une plaque supérieure séparée 38 à l'extrémité supérieure des parois 42 par liaison dtune façon convenable^.telle que la 35 soudure, les vis ou autrement. Cependant, le tiroir 20 peut être une structure en trois pièces usinées séparément pour former les parois 42> la 70 06643 4 2032376 plaque supérieure 38 et la plaque inférieure 40, toutes les deux fixées à la paroi 42 comme dans le cas du tiroir en deux pièces. De plus, ce tiroir peut être obtenu par d'autres procédés de fabrication. 5 La plaque supérieure 38 comporte une ouverture 46 dont la dimension parallèlement à la direction de déplacement du tiroir 20 est supérieure au diamètre du jet 48. L'ouverture 46 peut être circulaire de la façon représentée sur la figure 2, mais cela n'est pas nécessaire du moment que le rapport des dimensions 10 ci-dessus est respecté. De plus, l'ouverture 46 comporte un bord profilé d'entrée à courbures lisses 50 qui est représenté continu sur le pourtour de l'ouverture. La plaque inférieure 40 comporte une ouverture 52 dont la dimension parallèlement à la direction de déplacement du 15 tiroir 20 est approximativement égale au diamètre du jet 48 (dans le cas d'une ouverture circulaire telle que celle représentée sur la figure 2, le diamètre àe 1'ouverture 52 est égal à celui du jet 48). Le tiroir 20 peut fonctionner de la façon désirée si l'ouverture 52 a une dimension plus faible que celle du jet 48, 20 mais cependant une partie du jet 48 dépendant du rapport réel des dimensions est alors déviée à travers 11 ouverture d'échappement 44 et, par suite, eette partie ne peut pas produire un travail utile. D'autre part, si l'ouverture 52 est nettement plus grande que le diamètre du jet 48, il en résulte pour le distributeur 10 une bande 25 morte pour laquelle le déplacement du tiroir 20 ne se traduit pas par une diff érence correspondante des proportions du jet 48 dirigées vers les réflecteurs 18 respectifs. L'entrée de l'ouverture 52 est formée par un rebord à arêtes vives 54 orientées angulairement dans les directions op-30 posées au sens d'écoulement du jet 48, ce rebord 54 étant continu autour de l'ouverture 132.- La figure 3 représente le fonctionnement du distributeur 10 quand le tiroir 20 est près de la position zéro. Quand le tiroir 20 est dans la position représentée sur la figure 3, le 35 jet 48 n*est pas dévié.au passage à travers 1'ouverture 46 mais cependant le rebord 54 est situé pour être frappé par un côté du jet 48 pour dévier une partie du jet vers la cavité 36 et finalement pour l'échappement de cette partie à travers l'ouverture 44. BAD ORIGINAL 70 06643 5 2032376 Dans ce.tte position, la partie de droite du rebord 52 est arrivée plus près du point d'intersection des passages récepteurs 18, de sorte que la quantité du jet 48 dirigée vers le récepteur 18 de gauche est plus importante que celle dirigée vers le récepteur 18 5 de droite» Il en résulte dans le.récepteur 18 de gauche, une pression supérieure à celle existant dans le récepteur 18 de droite (gauche et droite concernant seulement les positions sur les figures pour la commodité de la description)» Il en résulte des pressions différentes sur les.côtés opposés du piston 30 et par suite 10 le déplacement de celui-ci» Un signal de sens opposé se traduit bien entendu par le déplacement du tiroir 20 jusqu'à une position à droite de l'axe central» La figure 4 montre le fonctionnement du distributeur 10 quand le tiroir 20 est dans une position voisine de saturation 15 du distributeur 10«Pour cette position voisine de la saturation ou à gain élevé, le jet 48 est dévié par le profil de l'entrée 50 de sorte que pratiquement tout le jet 48 est dirigé à travers l'ouverture 52. Une, certaine quantité du jet 48 est représentée déviée par le rebord 54 vers la cavité 36 et par suite vers l'ouver-20 ture d'échappement 44, mais cependant la proportion de jet dévié est faible par comparaison à la quantité déviée pendant le fonctionnement de la région à gain faible représenté sur la figure 3. Comme la plus grande partie du jet 48 est dirigée vers l'un des récepteurs 18 quand le tiroir se trouve dans la plage voisine de 25 la saturation, la proportion de pression récupérée par le dispositif récepteur 16 pour un accroissement du déplacement du tiroir 20 èët relativement élevée par comparaison à la même proportion dans le cas du tiroir 20 situé près de sa position.zéro» Il ressort de l'examen des figures 3 et 4 que le point 3Q à partir duquel le gain du distributeur 10 commence à croître est le point du déplacement du tiroir 20 pour lequel, le bord profilé ..d'entrée 50 arrive en contact avec la couche limite du jet 48." Le point de changement de gain peut ainsi être déterminé d'après la relation des dimensions particulières de l'ouverture 46 du tiroir 20 35. et du jet 48»; Par exemple, si l'ouverture 46 est seulement un peu plus large, que le jet 48, la région à gain faible du distributeur 10 .occupe une plage relativement faible du déplacement du tiroir 20 BAD ORIGINAL 70 06643 6 2032376 de (p.art- et,.d'autre du point zéro, et la région .à gain élevé occupe deux plages.relativement, larges du déplacement du tiroir 20 près de la saturation» Inversement* si _1'ouverture 46 est considérablement plus large que .le jet 48 tout en restant suffisamment étroite 5 pour provoquer un changement du gain en un. point donné entre les limites de saturation du distributeur 10, la région à gain faible occupe une partie relativement importante de la course du tiroir 20 de part et d'autre du point, zéro et la région à gain élevé occupe deux plages relativement étroites de la oourse du tiroir 20 près 10 de la saturation. Le choix du rapport entre le gain élevé et le gain.faible dépend bien entendu des caractéristiques particulières nécessaires pour le distributeur pour le système de commande dans lequel il doit être incorporé». Les figures 5 & 7 représentent un autre mode de mise 15 en oeuvre de l'invention suivant lequel le gain est élevé pendant le .fonctionnement près du point zéro et le gain est- relativement faible quand le distributeur fonctionne près de la saturation. Le distributeur 10 ' des figures 5 à 7 comporte un tube 12 terminé par un ajutage 14 et un récepteur 16 similaires à ceux de la 20 figure 1,- mais il comporte un dispositif d'une autre forme pour faire varier la récupération de pression. Le dispositif 51 comporte une plaque mobile de déflexion 56 (avec un dispositif non représenté pour provoquer les mouvements de la plaque en réponse aux signaux de commande) .qui comporte un.e ouverture 58» et un dis-25 positif détecteur 60 décrit ci-après. L'ouverture 58 de la plaque ou tiroir déflecteur dans la .direction parallèle au déplacement de la plaque a une dimension un peu plus faible que la dimension correspondante du jet 48, de sorte que cette plaque ne permet le passage que d'une partie du jet 48 vers les passages, récepteurs 18. 30 En déplaçant la plaque 56 dans un sens ou dans l'autre à partir de l'axe du-jet 48, la partie relativement constante du jet 48 traversant "l'ouverture de la plaque peut être dirigée de façon sélective pour 1er passage d'une quantité de fluide plus importante .- vers l'un des récepteurs 18-que vers lf.autre,., La plaque 56 comporte 35 de plus-des rebords 57 pour faciliter laf déviation, dé la partie de jet 4§: ne. devant pas traveçsep 11 ouvertur.e 58, njais cependant ces . rebords relevés- 57.--Jne?sont pse nécessaires., ..Lfouverture 58 peut 8AD ORIGINAL 70 06643 7 2032376 avoir un pourtour circulaire, rectangulaire ou de n'importe quelle autre forme dans les limites pratiques, et les rebords 57 peuvent être en fait un rebord continu sur tout le tour de l'ouverture. Le dispositif déflecteur 60 est une structure fixe 5 comportant une plaque supérieure 62 avec une ouverture 64, cette plaque supérieure étant fixée à une certaine distance au-dessus de l'intersection des surfaces intérieures des passages récepteurs 18. L'ouverture 64 peut avoir la même forme que l'ouverture 58 et elle est limitée de façon analogue par un rebord aigu relevé 66 10 continu autour de l'ouverture» L'ouverture 64 est plus large que l'ouverture 58, le rapport entre les dimensions des deux ouvertures dépendant du rapport désiré entre la largeur des bandes pour le fonctionnement à gain élevé et la largeur de bande pour le fonctionnement à gain faible. 15 La figure 6 représente un distributeur 10' quand la plaque est en dehors de la position zéro, cette position correspondant à une région de fonctionnement à gain élevé. Quand la'plaque 56 est dans cette position, la partie du jet 48 traversant la plaqué 56 est dirigée dans les récepteurs 18 dans des proportions dépendant 20 du déplacement de la plaque 56 à partir du point d'intersection des axes des récepteurs 18. Si la plaque 56 est déplacée d'une distance suffisante^ (figure 7) une partie du jet 48 ayant traversé l'ouverture 58 est déviée par le rebord 66 pour qu'elle n'atteigne pas le récepteur 16 25 et que^par suite^ elle n'intervienne pas pour la récupération de pression dans les passages récepteurs 18. Le rapport entre la différence des pressions dans les récepteurs 18 et un accroissement du déplacement de la plaque 66 sera ainsi plus faible que ce rapport quand la plaque 56 se trouve dans une position telle que 30 celle représentée sur la figure 6. Le point' à partir duquel change ce rapport (c'est-à-dire le gain) est déterminé par les dimensions relatives de l'ouverture 64 et de l'ouverture 58. Par exemple, si l'ouverture 64 est seulement légèrement plus large que l'ouverture 58, le fonctionnement à gain élevé occupe seulement une petite 35 plage du déplacement de la plaque 56 de part et d'autre du point zéro. Inversement^ si l'ouverture 64 est considérablement plus large que l'ouverture 58» tout en restant dans les limites permettant » 70 06643 8 2032376 nme région à gain faible au voisinage du point de saturation, la région â gain élevé occupe une plage relativement large de déplacement de la plaque 56 de part et d'autre du point zéro et la région à gain faible occupe deux plages relativement étroites de 5 déplacement de la plaque 56 près des points de saturation. La figure 8 représente les caractéristiques typiques de fonctionnement de dispositifs distributeurs selon l'invention. Pour simplifier le graphique, les courbes représentent les caractéristiques de deux distributeurs ayant la même caracté-10 ristique de part et d'autre du point zéro. Les droites JO représentent la caractéristique près de la saturation du distributeur de la figure 1 et les droites 72, la caractéristique près de la saturation du distributeur de la figure 5° En considérant d'abord la caractéristique du distributeur de la figure 1, la relation 15 entre la différence des pressions Y dans les récepteurs 18 et le déplacement X du tiroir de part et d'autre du point.zéro est représentée par la droite ,68, le gain dans cette région étant la pente de la droite 68. Quand le tiroir 20 est déplacé d'une distance dépendant de la relation entre les dimensions de la façon décrite 20 ci-dessus, la relation entre la différence des pressions et le déplacëment se rapproche de celle représentée par les droites 70. Dans le cas de la figure 5, la caractéristique de la différence des pressions en fonction du déplacement ou du signal entrant de part et d'autre du point zéro est représentée par la droite 68, 25 le gain correspondant à la pente de cette droite/et la caractéristique près de la saturation est représentée par les droites 72, le gain près de la saturation étant défini par la pente des droites 72. Bien entendu, la description qui précède n'est pas 30 limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. pAp ORIGINAL 70 06643 9 2032376 1 - Distributeur à jet de fluide, a gain-variable caractérisé par un ajutage pour convertir un fluide sous pression en un jet de fluide à vitesse relativement élevée, un dispositif 5 récepteur en aval de l'ajutage pour convertir l'énergie cinétique du jet en énergie statique ou de pression, et un dispositif pour faire varier la récupération de pression entre l'ajutage et le dispositif récepteur, ce disposition comprenant un dispositif directeur mobile pour diriger le jet par rapport au dispositif 10 récepteur, ce dispositif directeur étant adapté pour faire passer au moins une partie du jet vers le dispositif récepteur, et un dispositif déflecteur pour dévier une partie de la portion du jet ayant traversé le dispositif directeur pour que la partie déviée n'atteigne pas le dispositif récepteur, le déflecteur agissant 15 pendant une partie seulement de la course du dispositif directeur mobile. 2 - Distributeur à jet de fluide selon la revendication 1/ caractérisé en ce que le dispositif déflecteur comporte un dispositif pour dévier une partie de laportion du jet ayant tra-20 versé le dispositif directeur pour qu'elle n'atteigne pas le dispositif récepteur quand le dispositif directeur est près du point zéro et pour permettre le passage de pratiquement toute là partie du jet ayant traversé le dispositif directeur pour qu'elle frappe le dispositif récepteur quand le dispositif directeur est près de 25 la position de saturation. 3 - Distributeur selon la revendication 2^ caractérisé en ce que le dispositif pour faire varier la récupération de pression comprend un élément mobile comportant une plaque supérieure, une plaque inférieure et une partie formant une paroi latérale pour 30 délimiter une cavité, la plaque supérieure étant située à proximité de l'ajutage et comportant une ouverture* d'une dimension parai-' lèle à la direction de déplacement, plus large que la dimension transversale du jet, cette ouverture comportant un bord à profil d'entrée à courbure lisse, la plaque intérieure'étant située à 35 côté du dispositif récepteur et comportant une ouverture/ d'une dimension parallèle à la direction de déplacement de l'élément mobile/ plus étroite que la dimension correspondante de l'ouverture 70 06643 10 2032376 de la plaque supérieure, l'ouverture de la plaque inférieure comportant un rebord dépassant de la plaque dans la direction de l'ajutage pour dévier une partie du jet vers la cavité de l'élément mobile, une ouverture pour l'échappement à partir de la cavité, 5 et un dispositif pour déplacer l'élément mobile en réponse à un signal de commande « , ; 4 - Distributeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif déflecteur comporte un. dispositif pour dévier une partie de la portion du jet ayant traversé le dispositif 10 directeur mobile-pour que cette partie déviée n'atteigne pas le dispositif récepteur quand le dispositif directeur est au voisinage de la position de saturation et pour permettre le passage sensiblement de toute la partie du jet ayant traversé le dispositif directeur pour que cette partie frappe le dispositif récepteur 15 quand le dispositif directeur est au voisinage du point zéro. 5 - Distributeur selon la revendication ^ caractérisé en ce que le dispositif directeur mobile comprend une plaque plate comportant une ouverture plus étroite que la dimension en section transversale du jet et le dispositif déflecteur comprend une struc- 20 ture fixe ayant une plaque supérieure avec une ouverture située au-dessus du dispositif récepteur et ayant dans la direction parallèle à la direction de déplacement du dispositif directeur une dimension plus faible que ladimènsion correspondante du dispositif récepteur, la plaque supérieure du déflecteur comportant 25 un bord déflecteur limitant l'ouverture de cette plaque pour dévier une partie de laportiôn du jet ayant traversé le dispositif directeur afin que la partie déviée n'atteigne pas le dispositif récepteur.. • 6 - Distributeur selon la revendication 5, caractérisé 30 en ce que le-dispositif déflecteur de la plaque supérieure est constitué par un rebord à arête aiguë orienté angulairement dans la direction opposée au sens d'écoulement du jet... 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