Brevet FR2079328A1 — publié le 19711112

i. 2079328 L'invention concerne les relais pilotes, et plus particulièrement un relais pilote perfectionné pourvu de nouveaux supports fléchissants pour chacun des clapets de soupape qu'il contient, et de moyens pour ajuster facilement les positions de ces clapets 5 de soupape l'un par rapport à l'autre et par rapport à leurs sièges. Dans une application importante* le relais pilote nouveau et perfectionné de l'invention est utilisé comme amplificateur de puissance dans un mécanisme de positionnement qui contrôle la po-10 sition d'un dispositif de commande ou de mise en action. Un signal d'entrée au mécanisme de positionnement crée un état de pression dans la section d'entrée du relais, produisant un changement de pression au dispositif de commande. Le déplacement du dispositif de commande est transmis par une série de leviers et de ressorts 15 qui fournissent une force de rétroaction à l'élément d'entrée du mécanisme de positionnement pour équilibrer la nouvelle force d'entrée. Un relais pilote d'un type concerné de façon générale par la présente invention est pourvu d'un boîtier comportant une ou-20 verture d'alimentation, une ouverture d'évacuation, me ouverture de sortie communiquant avec le dispositif de commande, et une ouverture pour signaux communiquant avec un mécanisme de positionnement électro-pneumatique de soupape, par exemple le balancier d'un moteur à couple constant qui répond à tin signal électrique 25 pour régler la sortie d'un ajutage. Les clapets de soupape sont inverses dans la cavité ou chambre du boîtier de soupape. Ordinairement, on emploie une soupape standard à double clapet, avec un diaphragme ou un moyen semblable servant à ajuster la soupape à clapet de façon à positionner sélectivement les éléments de sou-30 pape entre (1) une première position dans laquelle l'entrée est fermée et la sortie est ouverte, et (2) une seconde position dans laquelle la sortie est fermée et l'entrée est ouverte, et (3) une position intermédiaire ou de régime permanent dans laquelle l'entrée et la sortie sont toutes deux ouvertes pour conduire la pression 35 d'alimentation à l'atmosphère de façon à maintenir la pression requise nécessaire pour positionner la tige dans le dispositif de commande. Une limitation de la soupape standard à double clapet est qu'elle comprend usuellement une seule pièce portant des plats entrant en contact avec les sièges de soupape d'entrée et de sor-40 tie, sans moyen pour ajuster la position des deux clapets l'un par 71 04125 2. 2079328 rapport à l'autre. La technique antérieure a suggéré de séparer deux soupapes coopérantes dans un relais ou un élément de soupape de façon à les rendre actionnable séparément l'une par rapport à l'autre 5 dans la commande des sièges de soupape alignées axialement. Par exemple, dans le brevet des E.U.A. n° 2.919.716, on décrit un mécanisme de soupape pourvu de deux soupapes alignées, coopérant chacune avec un siège de soupape, et toutes deux actionnées partiellement par un élément intermédiaire séparé de chacune. 10 II est également connu de fournir deux éléments alignés axialement, l'un glissant sur l'autre, pour commander le passage d'un fluide par deux ouvertures alignées. Un dispositif incorporant de telles soupapes alignées est représenté dans le brevet des E.U.A. n° 3.004.526. 15 Une autre forme de montage de deux soupapes alignées de façon à les rendre mobiles l'une par rapport à l'autre le long d'un axe commun est encore représentée dans le brevet des E.U.A. n° 3.195.416, dans lequel deux soupapes sont montées élastiquement sur une tige pour se rapprocher et s'écarter des sièges de soupa-20 pe alignés. Ces agencements connus ne comprennent pas de moyens pour ajuster facilement les positions des soupapes l'une par rapport à l'autre et par rapport à leurs sièges. Un des principaux objets de la présente invention est de fournir un relais pilote perfectionné qui incorpore deux clapets 25 de soupapes alignés, déplaçables pour se rapprocher et s'écarter de deux sièges alignés, de nouveaux moyens fléchissants étant prévus pour supporter les clapets de soupape dans le boîtier de soupape. Un autre objet de la présente invention est de fournir ion 30 relais pilote perfectionné dans lequel la position des clapets de soupape l'un par rapport à l'autre et par rapport à leurs sièges peut être ajustée de manière simple, créant ainsi un nouveau gain de relais, ou rapport de la pression du signal d'entrée à la pression du signal de sortie. 35 Un autre objet de la présente invention est encore de fournir un relais pilote perfectionné dans lequel deux clapets de soupape alignés sont montés sur des éléments fléchissants, et dans lequel la tige de la soupape d'alimentation est ajustable de façon à permettre vin déplacement de soupape plus précis que ce qui se-40 rait économiquement possible si l'on devait se fier uniquement aux COPY ^ 71 04125 3. 2079328 tolérances dimensionnelles. Un autre objet de la présente invention est encore de fournir un relais pilote perfectionné qui est économique à fabriquer et fiable à l'usage. D'autres objets et avantages de l'inven-5 tion apparaîtront ci-après. Un mode de réalisation pour l'instant préféré, de la présente invention est représenté sur les dessins ci-joints dans lesquels des références numériques semblables désignent des éléments semblables dans les diverses vues, et dans lesquels : 10 La figure 1 est une vue schématique illustrant un systè me typique employant le relais pilote selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe agrandie du relais pilote de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan d'un élément fléchissant 15 de support d'un clapet de soupape dans le relais pilote ; et Les figures 4a - 4e sont des vues en coupe de détails, illustrant le fonctionnement des deux clapets de soupape par rapport à leurs sièges respectifs lors de différentes phases de fonctionnement. 20 La figure 1 représente schématiquement un système incor porant le relais pilote selon l'invention. Le système est pourvu d'un dispositif de commande 10 qui comprend un boîtier contenant un élément.12 sensible à la pression, par exemple un diaphragme, prévu pour être connecté à une tige d'actionnement pour position-25 ner me soupape dans une conduite (non représentée) de façon à régler le débit d'un fluide dans celle-ci. Un ressort 16 disposé con-centriquement autour de la tige 14 agit contre le diaphragme 12 en opposition à la pression dans la chambre située au-dessus du diaphragme. 30 Un dispositif 20 de positionnement de soupape, du type électro-pneumatique, est également prévu dans le système. Le dispositif de positionnement 20 comprend un moteur à couple constant 22 comportant une armature 24 destinée à être positionnée de façon à commander le prélèvement de pression du fluide par un ajutage 26. 35 Le moteur 22 répond à"un signal d'entrée en milliampères, en courant continu, et fait pivoter l'armature 24 autour d'un axe 21. Des moyens de rétroaction 27, décrits plus en détail ci-après, agissent entre la tige d'actionnement 14 du dispositif de commande 10, et l'armature 24 du moteur 22. 40 Le relais pilote 30 (figures 1 et 2) de la présente inven- r COPY 71 04125 4. 2079328 tion comprend un boîtier 32 pourvu d'une ouverture d'entrée 34 de l'alimentation, reliée à une conduite d'alimentation 36 qui communique à son tour avec une source d'alimentation en pression. line cavité ou chambre 38 se trouve également dans le boîtier 32 ; 5 elle communique avec l'ouverture 34 d'entrée de l'alimentation par un passage interne 40 dans le boîtier. Un assemblage de bagues à sièges 42, dans lequel sont définis deux sièges de soupape, 44 et 46, est disposé dans la cavité ou chambre 38. Des soupapes 43 et 45 sont destinées à coopérer a-10 vec les sièges ou lumières 44 et 46. Chacune des soupapes 43 et 45 est retenue en position d'équilibre et est centrée par rapport aux lumières 44 et 46 par des éléments fléchissants 48 et 50, respectivement. Comme on l'expliquera plus en détail ci-après, la tige 52 de la soupape d'alimentation est vissée dans la soupape d'a-15 limentation 45 et est prévue pour traverser un passage central dans l'assemblage de bagues à sièges 42 et abouter l'extrémité de la tige 54 traversant la soupape d'évacuation 43- La soupape 43 peut coulisser par rapport à la tige 54 et est repoussée vers le bas par le ressort 56, comme on le voit dans la figure 1. 20 L'assemblage de bagues à sièges 42 est maintenu en place par une rondelle élastique ondulée 53 qui agit entre le couvercle 31 qui est fixé à, et fait partie du boîtier 32, et une rondelle spéciale 51 qui peut être en un alliage d'aluminium. L'assemblage de bagues à sièges 42 maintient l'élément fléchissant 48 en place 25 entre lui-même et la paroi interne du boîtier 32 ; l'élément fléchissant 50 est maintenu entre l'assemblage 42 et la rondelle 51. Un diaphragme ou élément 60 sensible à la pression, est également prévu dans la cavité ou chambre 38 à l'intérieur du boîtier 32. L'élément 60 sensible à la pression est repoussé vers le 30 haut, comme on le voit dans la figure 1, par le moyen élastique ou ressort 6l qui agit en opposition à la pression dans la chambre 62 définie entre le dessus du diaphragme 60 et la paroi interne du boîtier 32. Un dispositif 70 de raccord et de rétrécissement d'ajuta-35 ge est prévu dans le boîtier 32, à l'intérieur du passage 40, pour réduire la pression d'alimentation fournie au passage 77 vers l'ajutage par la conduite d'alimentation 36. Un joint torique est disposé autour du dispositif JO pour se placer entre celui-ci et le boîtier 32 et empêcher une communication entre les passages 40 et '40 77 autrement que par ce dispositif 70* La conduite 72 communique COPY j 71 04125 5- 2079328 10 avec l'ouverture 34 d'entrée de l'alimentation par un passage interne dans le dispositif 70 et l'ouverture 77 pour les signaux. La chambre 62 au-dessus du diaphragme 60 communique avec l'ajutage 26 du système 22 de moteur à couple constant via l'ouverture 77 pour signaux et la conduite 72. De plus, la chambre de sortie ^1 à l'intérieur de l'assemblage de bagues à sièges 42 est; reliée au moyen de commande 10 par un passage 73 dans le boîtier 32, l'ouverture de sortie 74 et une conduite 75 qui fait communiquer l'ouverture de sortie 74 avec la chambre 13 au-dessus du diaphragme 12 dans le moyen de commande ou de mise en action 10. Une caractéristique de l'invention est la construction des éléments fléchissants 48 et 50. On se référera maintenant à l'élément fléchissant 48 représenté à la figure 3 : il faut cependant-comprendre que les commentaires s'appliquent de la même f--çon à 15 l'élément 50, puisque ces éléments fléchissants 48 et 50 sont i-dentiques. L'élément fléchissant 48 se compose d'un élément mince en forme de disque réalisé en métal, par exemple en acier inoxydable à ressort trempé, et découpé pour comporter des évidements 80, 81 et 82, sensiblement en forme de Y, qui laissent des supports 20 intermédiaires 84, 85 et 86 pour la partie centrale 88. L'^p-isseur de l'élément fléchissant 48 est de l'ordre de 0,1143 à 0,1397 mm. La partie centrale 88 est pourvue d'une ouverture 89 pour recevoir et retenir un clapet de soupape. La partie cen^r-le 88 peut se déplacer ou fléchir axialement par rapport à la partie annul-'ire ex-25 terne, sans cependant tourner autour de i'-.-xe de l'élément fléchissant. Ainsi, un clapet de soupape maintenu d~ns la partie c-en traie 88 de l'élément fléchissant 48, par exemple par soudure p~r points, peut être centré par rapport à son siège. En outre, l'élément fléchissant 48 peut être retenu dans le relais pilote 3° de f-çon à 30 ce qu'il tende à maintenir le clapet de soupape 43 qu'il porte, en position désirée, par exemple en position active. Si l'on considère maintenant le fonctionnement global du système, il faut remarquer qu'une augmentation du signal en milli-ampères, en courant continu, dans les bobines du moteur à couple '35 constant 22, fait tourner l'armature 24 autour du pivot 21, couvrant l'ajutage 26. Le débit réduit résultant de 1 ajutage 26 produit une pression supérieure dans la cavité de l'ajutage, dans la conduite 72, et dans la chambre supérieure 62 du relais 30. Pour des signaux d'entrée importants, la pression d'ajutage augmentée 40 sur le diaphragme 60 du relais déplace vers le bas la tige 54 de BAD ORIGINAL co«= - I 71 0412,5 6. 2079328 la soupape d'évacuation du relais, fermant la lumière d'évacuation ou siège de soupape 44, et ouvrant la lumière d'admission ou siège de soupape 46. De l'air d'alimentation s'écoule de la conduite 36 à travers le passage 40, la lumière ouverte 46, la chambre de 5 sortie 41, le passage 73 et la conduite 75* pour augmenter la pression de sortie dans la chambre 13 au-dessus du diaphragme 12 dans le dispositif de commande 10, déplaçant la tige d'actionnement 14 ou tige de commande vers le bas, comme vu dans la figure 1. Pour de faibles signaux d'entrée, la pression d'ajutage 10 accrue sur la diaphragme 60 du relais repousse vers le bas la tige 54 de la soupape d'évacuation, déplaçant le clapet 43 de la soupape d'évacuation vers son siège 44, et écartant le clapet 45 de la soupape d'admission de son siège 46. L'étranglement résultant permet à un plus grand volume de fluide, par exemple d'air, de s'é-15 couler dans la chambre de sortie 41 par la lumière d'admission 46, qu'il n'en sort par la lumière d'évacuation 44. Ceci augmente la pression de sortie dans la chambre 13 au-dessus du diaphragme 12 et repousse vers le bas la tige d'actionnement 14. Le mouvement de la tige d'actionnement est renvoyé à l'ar-20 mature 24 du moteur à couple constant 22 par une tringlerie mécanique 27 qui comprend des tringles 27a, 27b, 27c et 27d. La tringle 27a est fixée à une extrémité de la tige d'actionnement 14. Son extrémité libre pivote sur la tringle 27b. L'autre extrémité de la tringle 27b pivote sur la tringle 27c qui pivote sur un support. La 25 tringle 2Jc coopère avec la tringle 27d qui pivote sur son support. Un ressort de rétroaction 28 agit entre l'autre extrémité de la tringle 27d et l'armature 24. Le mouvement de rétroaction résultant fait s'écarter 1'armature 24 de l'ajutage 26, par rotation. La pression d'ajutage à l'ajutage 26 décroît, réduisant la pression dans 30- la chambre 62, et réduisant ainsi la force dirigée vers le bas e-xercée sur la tige 54 de la soupape d'évacuation. Le ressort 61 repoussera vers le haut le diaphragme 60, et permettra à l'élément fléchissant inférieur 50 de déplacer le clapet 45 de la soupapè d'admission vers son siège 46, et à l'élément fléchissant supérieur 48 35 d'écarter le clapet 43 de la soupape d'évacuation de son siège 44, entraînant me égalité des débits pour les lumières 44 et 46 et empêchant toute nouvelle augmentation de la pression de sortie. Le dispositif de commande 10 est à nouveau en régime permanent, mais avec un signal d'entrée plus élevé et une nouvelle position de la tige d'actionnenraitl4 . 40 Lorsque le signal d'entrée en courant continu fourni au BAD ORIGINAL 71 04125 7. 2079328 moteur à couple 22 décroît, l'armature 24 tourne pour découvrir l'ajutage 26, faisant décroître la pression dans la cavité de l'ajutage 26, faisant décroître la pression dans la cavité de l'ajutage et dans la chambre 62 du relais. Le diaphragme 60 du relais se 5 soulève, réduisant la force exercée vers le bas sur la tige 54 de la soupape d'évacuation. Pour des signaux d'entrée importants, ceci permet à l'élément fléchissant inférieur 50 ûe fermer la lumière d'admission 46, et à l'élément fléchissant supérieur d'ouvrir la lumière d'évacuation 44. L'air soutiré par la lumière d'évaeua-10 tion 44 passe par la sortie 69 dans la conduite d'évacuation 71 et à l'atmosphère, et réduit la pression de sortie sur le diaphragme 12 dans le dispositif de commande 10. Ceci permet à la tige d'actionnement 14 de se soulever de façon à disposer convenablement le dispositif de contrôle qui y est connecté. 15 Pour de faibles signaux d'entrée, la force réduite exercée vers le bas sur la tige 54 de la soupape d'évacuation permet à l'élément fléchissant inférieur 50 de déplacer le clapet 45 de la soupape d'admission vers son siège 46, et à l'élément fléchissant supérieur 48 d'écarter le clapet 43 de la soupape d'évacuation de son 20 siège 44. L'étranglement résultant permet à un plus grand volume d' air de s'écouler dans la chambre de sortie 41 par la lumière d'évacuation 44, qu'il n'en rentre par la lumière d'admission46. Ceci fait décroître la pression de sortie sur le diaphragme 12 dans le moyen d'actionnement 10, et permet à la tige 14 du moyen d'actionnement de 25 se soulever. Le mouvement de la tige 14 esc renvoyé à l'armature 24, par la tringlerie 27, pour repositionner l'armature 24. Le clapet 43 de la soupape d'évacuation se déplace vers son siège 44, et le clapet 45 de la soupape d'admission s'écarte de son siège 46, ce qui établit des débits égaux par les deux lumières. Ceci empêche toute 30 nouvelle diminution de la pression de sortie et produit un régime permanent. En se référant aux figures 4a, 4b, 4c, 4d et 4e, on y voit les différentes positions des clapets de soupape 43 et ^5 pendant le fonctionnement du relais 30. A la figure 4tx, le clapet 45 de la soupape d'admission est fermé, le clapet 43 de la soupape d'é-35 vacuation est complètement ouvert, et il existe une évacuation maximale de la pression à l'atmosphère par l'ouverture 69. Bans la figure 4b, le clapet 45 de la soupape d'admission est juste fermé, et le clapet 43 de la soupape d'évacuation est quelque peu ouvert de façon à permettre une certaine évacuation. La fi-40 gure 4c illustre une position intermédiaire, dans laquelle les BA0 OBlG\N^L 71 04125 8. 2079328 deux soupapes sont ouvertes. La figure 4d représente le clapet 43 de la soupape d'évacuation juste fermé et le clapet 45 de la soupape d'admission quelque peu ouvert, et la figure 4e illustre la position d'admission maximale, le clapet 45 de la soupape d'ad-5 mission étant complètement ouvert, et le clapet 43 de la soupape d'évacuation étant fermé. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le moyen pour ajuster la longueur efficace de la tige 52 de la soupape d'admission, de façon à régler la position des clapets de sou-10 pape 43 et 45 l'un par rapport à l'autre et par rapport à leurs sièges, pour tenir compte de tolérances de fabrication et permettre le réglage des positions des clapets de soupape de façon à changer le gain du relais 30. Les éléments fléchissants 48 et 50 sont fixés aux clapets 43 et 45 de façon à les maintenir en posi-15 tion centrée par rapport aux sièges 44 et 46, respectivement. De plus, les éléments fléchissants 48 et 50 servent de ressorts pour repousser les clapets de soupape verticalement vers le haut, vers leurs positions actives. L'élément fléchissant 50 remplit une autre fonction : il sert de moyen anti-rotation de façon à maintenir le 20 clapet de soupape 45 et il permet une rotation de la tige de soupape 52 par rapport au clapet dans lequel elle est vissée. En faisant varier la longueur efficace de la tige 52 de la soupape d'admission, c ' est-à-dire la distance entre les clapets de soupape 43 et 45 et leurs relations par rapport aux lumières, on peut obtenir 25 un gain de relais beaucoup plus précis que ce qui serait économiquement possible si l'on devait se fier uniquement aux tolérances dimensionnelles. La longueur efficace de la tige de soupape 52 peut être changée de façon à ce que les deux lumières 44 et 46 puissent être ouvertes ou fermées en régime permanent, ou à ce qu'un cer-30 tain déplacement de la tige 54 de la soupape d'évacuation par rapport au boîtier 32 du relais soit nécessaire pour ouvrir l'une ou l'autre des lumières. On règle ainsi le gain du relais. Dans l'application représentée, la tige de soupape 52 est réglée pour que les deux lumières soient ouvertes en régime permanent. Le prélève-35 ment continu résultant détermine la sensibilité du relais 30 pour de faibles variations autour des conditions de régime permanent. La présente invention a fourni un relais pilote pneumatique amélioré, à gainréglable, qui améliore la performance d'un système tel que par exemple celui représenté dans la figure 1. Deux 40 clapets de soupape sont incorporés dans le -relais pneumatique ou COPY J■ 71 04125 9. 2079328 amplificateur de puissance perfectionné ; ceux-ci sont montés sur des éléments fléchissants de façon à les maintenir alignés par rapport à leurs sièges respectifs et à les maintenir en positions opérantes. La tige de la soupape d'admission est reliée de façon 5 réglable au clapet de la soupape d'admission de façon à permettre vin réglage de sa longueur efficace, et ainsi de la distance entre les deux clapets. Un agencement simplifié est ainsi fourni pour régler les clapets de soupape l'un par'rapport à l'autre de façon à ce que les deux lumières, d'admission et d'évacuation, puissent 10 être ouvertes en régime permanent, qu'elles puissent être fermées en régime permanent, ou qu'un certain déplacement de la tige de la soupape d'évacuation par rapport au boîtier du relais soit nécessaire pour ouvrir l'une ou l'autre des lumières. On règle ainsi le gain du relais. 15 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 04125 10. 2079328 REVENDICATIONS 1 - Relais pilote à gain réglable pour activer un dispositif de positionnement de soupape, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier enfermant une cavité, deux sièges de soupape dans 5 le boîtier, une ouverture d'admission définie dans le boîtier et reliant "la cavité à une alimentation en fluide sous pression, une ouverture d'évacuation définie dans le boîtier et reliant la cavité à l'atmosphère, un passage de sortie défini dans le boîtier et reliant la cavité à un mécanisme de commande, un passage pour si-10 gnaux défini dans le boîtier et reliant la cavité à une sortie, contrôlée par un ajutage, dans le dispositif de positionnement, les sièges de soupape étant alignés axialement l'un par rapport à l'autre, un premier siège étant disposé entre l'ouverture d'admission et le passage de sortie, un second siège étant disposé entre 15 le passage de sortie et l'ouverture d'évacuation, un premier et un second moyen de soupape disposés dans 1a. cavité pour ouvrir et fermer sélectivement chacun des sièges de soupape, des moyens fléchissants supportant le premier et le second moyen de soupape et les centrant par rapport aux sièges de soupape, un moyen sensible 20 à la pression dans la cavité, relié de façon opérative au second moyen de soupape, le premier moyen de soupape comprenant une première tige aboutant le second moyen de soupape de façon à être actionnée par celui-ci. 2 - Relais pilote selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce que chaque moyen de soupape comprend tin clapet et une tige, la première tige étant fixée de façon réglable au premier clapet de soupape pour permettre un réglage de ce premier clapet par rapport au second. 3 - Relais pilote selon la revendication 2, caractérisé 30 en ce que le premier moyen fléchissant pour soupape porte le premier clapet de soupape de façon à ce qu'il ne puisse pas tourner, la première tige étant vissée dans ce premier clapet de soupape, de telle sorte que la rotation de celui-ci par rapport à la première tige fait varier la longueur efficace de cette première tige 35 entre le premier et le second clapet de soupape. 4 - Relais pilote selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ensemble de bagues à sièges est agencé dans la cavité, les sièges de soupape se trouvant sur ledit ensemble. 5 - Relais pilote selon la revendication 1, caractérisé 40 en ce que le premier et le second moyen fléchissantspour soupape 71 04125 ii. 2079328 servent à retenir le premier et le second moyen de soupape en positions de fonctionnement. 6 - Relais pilote selon la revendication 5* caractérisé en ce que les moyens fléchissants se composent chacun d'un élément-plat en forme de disque pourvu d'une partie périphérique externe et d'une partie centrale reliée à la partie périphérique par des supports intermédiaires écartés, la partie centrale étant pourvue d'une ouverture destinée à recevoir un moyen de soupape.