Brevet FR2093946A1 — publié le 19720204

x 2093946 La présente invention a pour objet un dispositif de détection à fluide, pour détecter et indiquer la présence d'un objet étranger dans le chemin'd'écoulement d'un milieu fluidique possédant une chambre de génération d'un vortex cylindrique, un orifice 5 d'alimentation pour introduire un fluide de commande dans la chambre de génération, un orifice de sortie du vortex communiquant avec une partie centrale de la chambre de génération pour permettre l'évacuation du fluide de commande de la chambre de génération, et un orifice de détection permettant de détecter la pression à l'in-10 térieur de la partie centrale de la chambre de. génération. La présente invention concerne plus précisément un dispositif à fluide générateur de vortex,qui est sensible à la présence -d'un objet étranger sur le trajet d'un fluide en écoulement, ledit objet étant suffisamment proche de la sortie du vortex pour 15 interrompre ou perturber la configuration du vortex. L'objet de l'invention consiste en un dispositif efficace et économique, destiné à fournir des moyens pour détecter ou indiquer sans contact la présence d'un objet étranger, ou pour en déterminer la position. 20 En bref, la présente invention concerne un dispositif géné rateur de vortex sous forme d'un dispositif pour détecter et/ou indiquer la présence d'un objet étranger sur le trajet d'un milieu fluide. Ledit détecteur comprend une chambre génératrice de vortex sensiblement cylindrique délimitée par une paroi sensiblement cy-25 lindrique et deux parois planes, avec des moyens pour introduire un fluide de commande dans la chambre de génération. Un orifice de sortie du vortex est disposé dans l'une des parois planes et communique avec la partie centrale de la chambre de génération pour permettre l'échappement du fluide de commande de la chambre 30 de génération. On dispose des moyens pour détecter la pression dans la partie centrale de la chambre de détection. Les caractéristiques ci-dessus, leurs avantages ainsi que d'autres caractéristiques et avantages secondaires, apparaîtront de façon plus détaillée dans la description ci-après de modes 35 particuliers de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence au dessin en annexe, sur lequel : - la fig. I représente une vue, en élévation et coupe partielle, d'une forme de réalisation d'un dispositif de détection selon la présente invention - 2 2093946 - la fig. 2 représente une vue en coupe transversale du même dispositif, prise le long de la ligne 2-2 de la fig. I - - les fig. 3 et 4 représentent des coupes transversales de deux autres formes de réalisation de la présente invention - 5 - la fig. 5 représente une vue en coupe transversale d'une partie d'un dispositif de détection selon l'invention dont la chambre de direction est conique -, - la fig. 6 représente une vue en plan d'une autre forme de réalisation d'un dispositif de détection selon la présente inven- 10 tion - - la fig. 7 représente une vue en coupe transversale du dispositif de détection de la fig. 6, prise le long de la ligne 7-7 - Les fig. I et 2 représentent un dispositif générateur de vortex ou dispositif de détection 10 caractérisé par une chambre 15 de génération de vortex 12, de forme sensiblement cylindrique délimitée par une paroi 14 sensiblement cylindrique et deux parois planes 16 et 18, un orifice 20 d'alimentation en fluide pour introduire tout liquide ou tout fluide gazeux approprié dans la chambre 12 st un orifice 22 de sortie du vortex, disposé dans la paroi 16, 20 à travers lequel le fluide de 1®. chambre 12 peut s'échapper du dis positif 10 sous forme d'une masse fluide tourbillonnante bien définie. Un orifice de détection ds la pression 24 communique, par la paroi 18, avec la partie centrale de la chambre 12 définie par le contour cylindrique de l'orifice de sortie 22, pour fournir des 25 moyens grâce auxquels on peut détecter la pression dans l'entonnoir 26 du vortex du fluide qui s'échappe. L'orifice d'alimentation 20 doit, de préférence, communiquer avec, la chambre 12 de façon que la paroi 14 qui en délimite la périphérie puisse servir à guider le fluide introduit suivant un 30 mode d'écoulement circulaire et uniforme, indiqué par les flèches extérieures de la fig. 2. Après une révolution environ autour de la paroi 14, le fluide suit un mode d'écoulement en spirale 28, avec une vitesse toujours croissante, caractéristique de la configuration du vortex, jusqu'à ce qu'il atteigne la partie centrale 35 de la chambre 12 délimitée par le contour de l'orifice de sortie 22. Ayant acquis une composante de force perpendiculaire au mode d'écoulement 28, le fluide s'échappe du dispositif de détection 10 par l'orifice 22 sensiblement suivant son contour, pour constituer une des différentes enveloppes 30, 32 et 34 bien définies, esquis 71 19422 3 2093946 sées sur la fig. I par une série de flèches. On pense que la configuration spécifique prise par. le fluide s'échappant de l'orifice 22 dépend au moins en partie du rapport de la vitesse du fluide normale au chemin d'écoulement représenté 5 par le mode 28 à la vitesse linéaire du fluide tangentielle au trajet d'écoulement du fluide représenté par la configuration 28 au niveau du-contour de l'orifice 22. Par exemple, on observe que l'enveloppe 30, caractérisée par un écoulement divergent radiale-ment de l'orifice 22, qui se rabat sur la surface délimitant l'ori-10 fice 22, se produit quand la composante normale de la vitesse précitée est relativement faible par rapport à la composante tangentielle de la vitesse précitée. Dans un tel cas, on constate que la pression à l'intérieur de l'entonnoir 26 du vortex, détectée à l'orifice 24, a une valeur relativement voisine de la pression 15 du fluide ambiant entourant le dispositif de détection 10, en supposant que l'enveloppe 30 n'est pas perturbée par la présence d'un corps faisant obstruction. Il semblerait que la proche égalité entre la pression ambiante et la pression fluidique dans l'entonnoir 26 soit due à la relative facilité avec laquelle le fluide 20 ambiant peut être entraîné dans l'entonnoir 26. Dans une seconde configuration d'écoulement, on observe que l'enveloppe 32 est caractérisée par une configuration d'écoulement convergent (ayant la forme d'une ampoule), qui se referme complètement sur lui-même et présente un sommet J>6. Il semblerait qu'on 25 obtienne cette enveloppe 32 quand il existe une pression si faible dans l'entonnoir du vortex 26 que l'entonnoir, quoique essayant d'aspirer le fluide ambiant, ne peut en entraîner une quantité suffisante. La différence de pression dans le courant d'écoulement du fluide est par conséquent suffisamment grande pour obliger 30 l'enveloppe 32 à converger sur elle-même pour constituer une configuration fermée possédant un sommet 36. On observe une troisième configuration d'écoulement représentée par l'enveloppe 3k quand on utilise des fluides de commande liquides et gazeux et des milieux ambiants et que la composante 35 normale de la vitesse précitée est relativement élevée par rapport à la composante tangentielle de la vitesse précitée. L'enveloppe 34 est généralement caractérisée par un entonnoir de vortex divergent 26 analogue à un tourbillon d'air. Cette configuration particulière de l'écoulement du fluide se maintient, en général, jus 71 19422 4 2093946 qu'à une certaine distance du dispositif de détection 10 supérieure à celle des enveloppes 30 et 32 précitées, et de ce fait, est utile pour détecter la présence de surfaces ou de corps faisant obstruction à des distances beaucoup plus grandes. Cependant, on 5 peut utiliser de façon satisfaisante chacune des enveloppes 30, 32 et 24 dans le cadre de la présente invention. L'exemple suivant est caractéristique de la présente invention. On utilise de l'air comme fluide de commande du dispositif de détection 10 des fig. I et 2. Il émet un vortex d'air par l'ori-0 fice 22, pour former l'enveloppe 3k. On utilise aussi de l'air pour le milieu ambiant entourant le dispositif de détection 10. Quand aucun objet étranger n'obstrue l'enveloppe 3^* l'extrémité ouverte de l'enveloppe J>k peut entraîner librement une quantité relativement grande d'air ambiant dans l'entonnoir du vortex 26, 5 de sorte que la pression détectée à l'orifice de détection 24 est relativement voisine de la pression ambiante, bien qu'elle soit sans doute légèrement inférieure. Si l'on place un corps étranger de forme quelconque, comme par exemple un élément plat 38, à proximité immédiate du dispositif 0 de détection 10, l'entraînement de l'air ambiant dans l'entonnoir de vortex est gêné au moins en partie. Cette obstruction réduit la pression de fluide dans l'entonnoir 26 d'une quantité facilement détectable à l'orifice 24. Il se produit une réduction de la pression, car le corps étranger empêche l'entraînement de la même quan-5 tité d'air qui serait normalement entraînée dans l'entonnoir 26, ce qui fait que la différence de pression entre l'entonnoir 26 et le milieu ambiant ne peut pas descendre à la valeur qu'elle aurait en l'absence du corps étranger. En conséquence, un vide partiel se produit au niveau de l'élément 38, dont la valeur est mesurable D à l'orifice de détection 24. La fig. 3 représente une autre forme de réalisation de la présente invention comprenant une chambre de vortex cylindrique 40, un orifice de détection de pression 42, un orifice d'alimentation en fluide, non représenté, et un orifice de sortie du vortex, ayant 5 une gorge saillante, formant une chambre de direction 44. Le but de la chambre de direction 44 consiste à fournir des moyens pour déterminer la configuration de l'enveloppe fluidique de vortex 46 issue de la chambre 40. Par exemple, si l'on utilise la chambre de direction 44, on peut arriver à ce que la forme de l'enveloppe se 71 19422 5 2093946 maintienne à la plus grande distance possible du dispositif de détection en pratiquant simplement une ouverture dans la chambre 40, comme l'orifice de sortie 22 de la fig. I. Il faut remarquer que les ouvertures, délimitées respectivement par l'orifice de 5 sortie 22 de la fig. I et par la chambre de direction 44 de la fig. 2, doivent au moins présenter une surface légèrement plus grande et un diamètre supérieur à ceux de leurs orifices de détection respectifs 24 et 42. Cette relation est nécessaire pour permettre la sortie complète du fluide de commande à travers la sortie 10 correspondante choisie, et éviter les pertes qui pourraient se produire autrement si une partie du fluide s'échappait par les orifices de détection 24 et 42. Cependant, on a trouvé que l'invention reste encore opérante,bien que relativement moins efficace, quand les orifices de sortie 22 et de détection 24 de la fig. I ont, par 15 exemple, des diamètres et surfaces identiques. L'orifice d'alimentation de fluide de la forme de réalisation de la fig. 3 peut être du type représenté sur les fig. I et 2. La fig. 3 représente un dispositif dont le diamètre et la surface de l'ouverture de la chambre de direction 44 et de l'ouver-20 ture donnant dans la chambre 40 sont identiques, car la paroi 48 est cylindrique et commune aux deux ouvertures. Ceci est une exigence essentielle pour la présente invention comme on le verra à la fig. 4 qui représente une autre forme de réalisation de la présente invention, comprenant une chambre de vortex 50, un orifice 25 de détection 52 et un orifice de sortie 5^« Cette forme de réalisation comprend aussi une chambre de direction 56 dont l'ouverture présente un diamètre et une surface d'ouverture beaucoup plus grands que le diamètre et la surface de l'orifice de sortie 5^ avec lequel elle communique. On a représenté une enveloppe fluidique 30 typique 58 qui montre comment le fluide provenant de la chambre 50 diverge dans la chambre de direction relativement large 56 et dont la configuration finale dépend des parois 59 de la chambre 56. Naturellement, bien que les chambres de direction soient représentées et décrites avec des parois sensiblement parallèles à 35 l'axe longitudinal des dispositifs de détection, ces parois peuvent présenter d'autres formes, la paroi pouvant être, par exemple, courbe ou conique, comme représenté sur la fig. 5. La paroi 60 délimite la chambre de direction 62 qui communique avec la chambre de vortex 64 par l'orifice de sortie 66. 71 19422 6 2093S46 Les fig. 6 et 7 représentent un dispositif de détection 68 comprenant un orifice de détection de pression 70, une chambre de vortex 72, un orifice 74 et une chambre de direction 76 communiquant avec la chambre de vortex 72. On peut introduire tout fluide 5 de commande liquide ou gazeux approprié dans la chambre 72 par un orifice d'entrée 78, d'où il s'écoule à travers un passage en forme d'arc 80 vers l'orifice 74 et ensuite dans la chambre 72. L'orifice de sortie de la chambre 72 est formé pari'ouverture pratiquée dans la chambre 78 communiquant avec la chambre de direc-10 tion 76. Le fonctionnement du dispositif de détection de cette forme de réalisation est le même que celui décrit plus haut. Les fig. 3 à 6 ont des chambres de direction communiquant avec les chambres de vortex, tandis que les fig. I et 2 n'ont qu'un simple orifice de sortie 22 pour permettre l'échappement du 15 fluide de la chambre 12. Seul un dispositif de détection du &ype représenté aux fig. I et 2, ne possédant pas de chambre de direction, permet d'obtenir l'enveloppe fluide 30. Quand on utilise une chambre de direction, telle que la chambre 44 de la fig. 3 ou 56 de la fig. 4, on obtient Line enveloppe fluide en général 20 analogue aux enveloppes 32 ou 34 de !» fig. I. Donc la chambre de direction fournit un avantage supplémentaire important dans la détermination de la forme du vortex. Quoique l'on ait décrit la présente invention eu égard à des détails spécifiques de certains de ses formes de réalisation, 25 il est entendu que ces détails ne sont pas limitatifs et peuvent être aménagés sans sortie pour autant du cadre de l'invention. 71 .19422 7 2093946 - REVENDICATIONS - 1°) Un générateur de vortex pour détecter ou mesurer un corps étranger se trouvant sur le trajet d'écoulement d'un fluide, caractérisé par le fait qu'il possède : 5 a) une chambre 12 de génération de vortex sensiblement cylindrique délimitée par une paroi sensiblement cylindrique 14 et deux parois planes extrêmes 16, 18; b) un orifice d'alimentation de fluide 20 introduisant de façon sensiblement tangentielle un fluide de commande à la périphérie 10 de la chambre de génération ; c) un orifice de sortie du vortex 22 disposé dans une des parois extrêmes, communiquant avec la partie centrale de la chambre de génération pour aspirer le fluide de commande de la chambre de génération ; 15 d) un orifice de détection de pression 24, pour détecter la pression à l'intérieur de la partie centrale de la chambre de génération qui est fonction de la distance séparant le corps étranger de l'orifice de détection. 2") Un dispositif selon la revendication I, caractérisé par le 20 fait que l'orifice de sortie du vortex est disposé sensiblement dans l'axe longitudinal de l'orifice de détection. 3") Un dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il possède en outre une chambre 44 de direction du vortex, communiquant avec la chambre de génération par 1'orifice de sortie 25 et déterminant la configuration du fluide de commande provenant de la chambre de génération. 4") Un dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'orifice de détection de pression est disposé dans l'autre paroi extrême et communique avec la partie centrale de la cham-30 bre de génération sensiblement suivant l'axe de l'orifice de sortie. 71 19422 8 2093946 5°) Un dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le diamètre de l'orifice de sortie est supérieur au diamètre de l'orifice de détection. 6°) Un dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la chambre de direction du vortex est.sensiblement cylindrique et a un diamètre différent du diamètre de la chambre de génération f. 7°) Un dispositif selon la revendication 3> caractérisé par le fait que la chambre de direction du vortex est sensiblement cylindrique et a un diamètre sensiblement égal à celui de la chambre de génération. 8°) Un dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre de direction du vortex est délimitée par une paroi conique reliée par sa petite base à l'orifice de sortie du vortex.