Brevet FR2075932A1 — publié le 19711015

2075932. La présente invention concerne les dispositifs régulateurs de pression de fluide, notamment ceux dont le fonctionnement doit être insensible aux variations de température. On connaît des régulateurs mécaniques incluant divers 5 organes tels que des capsules à vide. Ces appareils sont coûteux, d'un stockage difficile et d'une fiabilité douteuse. Pour éviter ces inconvénients, la présente invention a pour objet un dispositif de régulation de la pression en un point d'un circuit à fluide, comprenant deux branches montées en paral-10 lèle entre une première et une seconde source de fluide et produisant chacune une perte de charge dont la différence constitue le signal régulateur de la pression pour la partie du circuit qui est immédiatement en amont desdites branches» L'invention va être maintenant décrite en se référant, 15 à titre d'exemple, au dessin annexé dans lequel : La Fig. 1 est un schéma d'un régulateur de pression en forme de pont; . _ La Fig. 2 est un diagramme des pressions en fonction des débits dans le pont précédent; 20 La Fig» 3 est un schéma d'un régulateur utilisant une commande de débit; La Fig. 4 est un schéma d'un régulateur utilisant, une commande de débit montée en série; La Fig. 5 est un relevé de caractéristiques du débit du 25 pont précédent en fonction de la température» Les Figs. 6, 7 et 8 sont d'autres diagrammes de caractéristiques ; La Fig» 9 est un schéma de circuit à orifice variable en fonction de la température; 30 La Fig. 10 est une section de l'orifice variable utilisé dans le circuit précédent; La Fig. 11 représente une variante du précédent; La Fig. 12 est un schéma d'une variante des ponts de mesure précédents. 35 En se référant aux dessins, et particulièrement à la Fig. 1 , un régulateur 10 comprend une source de fluide 12 connectée en parallèle sur une charge 14 dont la pression doit être réglée. Ce régulateur, en forme de pont, est composé de deux branches 16 et 18 dont chacune comporte une résistance à fluide 40 à écoulement laminaire 20, 22 et une résistance à écoulement 71 00127 2 2075932 turbulant 24, 26, connectées en série. En aval des dbux branches, un étranglement 28 est relié à une source de fluide à basse pression Les résistances laminaires 20, 22 et turbulantes 24, 26 étant montées en sens opposé sur le pont, on voit qu'un dispositif de détéc-5 tion différentielle 30 monté entre les milieux des deux branches, mesurera une différence de pression -P^ et fournira un signal. Le débit à travers la résistance turbulante 26 est fonction de la racine carrée de la perte de charge qu'elle prgvoque tandis que le débit à travers la résistance laminaire 20 est simplement propor-10 tionnelle à sa perte de charge, comme l'indique le diagramme de la Fig. 2. On peut calculer les résistances 22, 24 de façon que les deux branches du pont soient traversées par des débits égaux. Cela étant, la Fig. 2 montre que ces deux débits produiront des pertes de charge qui ne seront égales que pour une seule 15 valeur Wnu^j de leur débit commun. Quand ce débit est inférieur à cette, valeur, une différence de pression apparaît dans .l'appareil 30; quand le débit est supérieur à cette valeur, une différence de pression désigne contraire est détectée par 1'appareil 30. Il résulte de ce qui précède que la première branche 1 6 20 engendre une pression P-j qui est une fonction de la pression P^n en amont de ladite branche, tandis que la seconde branche 18 génère un second signal, qui est une pression P2> laquelle est aussi une fonction de P. , mais cette dernière fonction est différente de P* m' i pour toutes les valeurs de Pin qui diffèrent de la valeur Preg 25 correspondant à la valeur de pression nulle dans l'organe différentiel 30. ' ' ' ^ ' ' ■ Il est à noter que, l'usagé des résistances laminaires exige des pressions assez faibles pour que le nombre Nr de Reynold soit inférieur à 2000. Avec un régulateur à air fonctionnant à la 30 température d'un atelier sous des pressions de l'ordre de 2,25 kg/cm2, des tubes inoxydables d'un alésage de 0,5nàn peuvent être avantageusement utilisés. La résistance 20 est composée d'un faisceau de 19 tubes de cette espèce, de 117 mm de long, la résistance 22 étant constituée par 12 tubes de 114 mm de long, et les orifices 35 26 et 24 ayant des sections respectives de 1,37 et de 0,86 mm2. Puisque les caractéristiques des débits des résistances 20 et 26 dépendent de la différence des pressions Pin~Pamb» ^es effets de la pression inférieure ou ambiante peuvent éliminés si la mesure effectuée par le détecteur 30 est une fonction de la 40 seule pression Pj_n. Ceci est obtenu en utilisant une résistance 71 00127 3 2075932 sonique 28. Ce phénomène est bien connu et n'a pas besoin d'autres explications# Un orifice de 0,6 mm est suffisant pour la résistance 28. Les Figs. 3 et 4 représentent l'application du circuit 5 précédent dans des systèmes réduits. Le circuit de la Fig. 3est un circuit réglé par dérivation dans lequel la pression est ajustée par un régulateur en vue de maintenir constante la pression de la sortie 14. Ce circuit utilise un amplificateur différentiel 32 qui est relié au pont 10 par les tubulures 34, 36. Cet amplificateur 10 32 est du type à tourbillon, ayant un entraînement tangentiel initial par l'entrée 38 et au moyen des lignes 34, 36, connectées à des entrées tangentielles opposées de façon que les pressions en aval des résistances 20, 26 soient effectivement différentielles, une alimentation radiale 40fournissant alors un signal de pression 15 différentiel. Une description complète d'un tel amplificateur est donnée dans le "Bendix Journal", volume 1 n° 4, page .34, 37 édité dans l'hiver 1968-1969. En reliant l'amplificateur 32 au pont 10, la pression Pch dans la chambre à tourbillon doit être assez basse pour que le 20 débit dans les orifices radiaux, lorsqu'ils se manifestent, soient en régime sonique de façon à éliminer les effets des variations de pression dans la chambre à tourbillon. Dans l'exemple décrit, il a été trouvé que cette pression devait être maintenue inférieure à 1,4kg/cm2. La pression différentielle est transmise par la ligne 25 42 à un amplificateur 44 à jet confiné, qui est particulièrement adapté à une telle application. L'entrée 46 de cet amplificateur est reliée à une source commune de pression 12. Ce point est particulièrement important car un tel amplificateur possède un taux cfe regénération élevé, de l'ordre de 80 % et plus» 30 L'amplificateur à jet confiné est connu en soi. Son signal est transmis à la commande de débit 31 qui a une valve à tourbillon dont la sortie 48 est reliée à un orifice tangentiel, une ligne 50 reliant le pont 10 et l'orifice d'alimentation 52 de la valve à tourbillon 31. Ainsi, un signal d'erreur est émis par le pont 10 et 35 fournit le moyen d'assurer la constance de la pression à la sortie 14. Un autre signal de pression peut être mesuré en 45. La Fig. 4 représente un régulateur de pression dans lequel un régulateur de débit 56 est utilisé pour obtenir la pression voulue à la sortie, 14. Le pont 10 et la dispositionde l'amplifica-40 teur sont semblables à ceux du régulateur de la Fig. 3, le signal 71 00127 4 2075932 d'erreur amplifié étant transmis à un orifice de commande tangentiel 58 d'une commande de débit 56 par valve à tourbillon, tandis que l'alimentation radiale est connectée à la source 12, et la tubulure 62 étant reliée au pont 10. Ainsi le débit à travers la commande 56 5 est régi par le signal d'erreur pour accroître ou diminuer l'alimentation en fluide du pont 10 et du système 14, en vue de maintenir la pression en ce point. On notera que cette pression P^n est maintenue dans une gamme de débit' de l'appareil 14. Le fonctionnement des sysfèmes précédents a été décrit en 10 supposant la température constante» Si elle varie, le débit pour une valeur donnée de P^n se modifiera en conséquence et produira un effet différent sur les résistances 26, 20, de sorte qu'il y aura un décalage du point d'équilibre. La Fig. 5 montre un relevé graphique d'essais accomplis sur un circuit à pont du type précédent» Ce re-15 levé montre la valeur de P^n pour laquelle une différence nulle existe, et~cette valeur est considérablement décalée avec la température. La Fig0 6 est un relevé de ces valeurs de P^n par rapport à la température? elle montre qu'il existe une relation linéaire entre ces grandeurs dans une gamme de pression comprise entre 2 et 4 kg/cm2 20 et des températures comprises entre 20 et 150°C. On peut montrer que ce décalage de P^n peut être compensé par une modification du débit pour une valeur donnée de P. , en changeant la section de l'orifice situé en aval. Comme le montre la Fig» 7, la relation est encore linéaire entre 350 et 1500° Rankine» 25 La Fig. reproduit les résultats expérimentaux d'une telle compensation. La Fig. 9 montre pratiquement comment un orifice variable 64 peut être associé à une commande 66. La fig. 10 représente un tel orifice variable, comprenant 30 un obturateur à quartz 68 placé contre un orifice de sortie 70 et maintenu en place au moyen d'un ressort 72 comprimé entre un épau-lement 74 et l'extrémité 76 de l'obturateur, de façon à solliciter ledit obturateur 68 vers la gauche, suivant la Fig. 10. Un tube en alluminium 78 coopère avec une pièce de liaison 80 et une butée 82 35 pour limiter ce mouvement. La tige de quartz 68 ayant un coefficient de dilatation négligeable en fonction de la température, l'expansion du tube d'alluminium 78 provoque-un accroissement proportionné de l'espace entre la tige 68 et l'orifice 70. En dimensionnant convenablement les divers éléments de ces appareil, on voit que l'on peut 40 obtenir toute relation désirée entre la restriction de l'orifice 70 71 00127 5 2075932 par la tige 68 et la température. Dans l'exemple décrit ci-dessus, on a trouvé qu'un tube d'aluminium d'une longueur active de 50 mm, coopérant avec un orifice de sortie d'un alésage de 1,25 mm, donnait les résultats enregistrés à la Fig. 8. 5 La Fig. 11 montre une disposition similaire d'un orifice variable, comprenant un élément bimétallique 84 coopérant avec l'orifice d'entrée 86. On emploie dans ce cas un disque interne 88 et un disque externe 70 de matériau ayant des coefficients de dila-.tation thermique différents. 10 Des variantes peuvent être apportées bien entendu, aux formes de réalisation de l'invention décrites ci-dessus. A titre d'exemple, d'autres orifices variables ou non peuvent être utilisés dans les différentes parties d'un pont à fluide tel que représenté à la Fig. 12. La compensation de température peut, également, être 15 réalisée par des dispositifs non linéaires si le circuit d'utilisation comporte des conditions favorables à une telle relation. 71 Q0127 6 2075932 REVENDICATIONS 1. Dispositif délivrant un signal en fonction de la pression d'un fluide en un pàint donné d'un circuit à fluide, com- 5 prenant une première et une deuxième branche connectées en parallèle, chacune de ces branches étant reliée audit point du circuit et produisant, sous l'effet du courant de fluide qui la traverse une perte de charge qui est fonction de ce courant et qui est différente pour chaque branche sauf pour une valeur commune donnée dudit courant de 10 fluide, et des moyens pour obtenir des débits variables identiques dans chacune des branches en fonction de valeurs variables de la pression audit point, caractérisé par des moyens différentiels délivrant, en fonction de la différence des pertes de charge des deux branches, un signal qui s'annule uniquement pour ladite valeur 15 commune des courants de fluide dans les deux branches, et ce pour toutes les valeurs d'un intervalle donné de températures. 2. Dispositif selon 1 , caractérisé par des moyens de compensation modifiant le débit dans lesdites branches en réponse à.la pression en ledit point en fonction de la température du cir- 20 cuit» 3. Dispositif selon 2, caractérisé par des moyens de com/nande de la pression de fluide assurant l'égalité de variation des débits dans lesdites branches indépendamment des pertes de charge provoquées par le passage du fluide dans ces branches. 25 4. Dispositif selon 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de pression comprennent un étranglement connecté en aval desdites branches et en ce que lesdits moyens de compensation comprennent des moyens de modification du débit de fluide à travers cet étranglement. 30 5. Dispositif selon 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de pression comprennent des moyens créant un écoulement sonique de fluide. 6. Dispositif selon 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation incluent des moyens modifiant la section de passage 35 du fluide à travers l'étranglement. 7. Dispositif selon 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de modification de la section dudit étranglement comprennent un premier élément, des moyens pour mouvoir cet élément dans le courant de fluide de façon à varier sa position par rapport a l'ori- 40 fice de l'étranglement et à modifier de la sorte la section de 71 00127 7 2075932 passage de ce dernier. 8. Dispositif selon 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de pression de fluide comprennent une source de fluide et une valve à tourbillon ayant une entrée de commande tan- 5 gentielle, une entrée d'alimentation radiale, et un orifice de sortie centrale, des moyens connectant ladite entrée tangentielle à la sortie d'un amplificateur à jet de fluide clos, des moyens reliant ladite entrée d'alimentation à ladite source de pression, et des moyens reliant ladite sortie d'amplificateur audit point du circuit 10 à contrôler, de sorte que ce point est alimenté de façon réglée en pressioncfe fluide par la sortie de la valve à tourbillon. 9. Dispositif selon 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de modification de la section dudit étranglement incluent un deuxième élément associé au premier et ayant un coefficient de 1 5 dilatation thermique différent de façon que ledit premier élément soit déplacé par rapport à l'orifice de l'étranglement en fonction de la différence des dilatations des deux éléments en fonction de la température. 10. Dispositif selon 7, caractérisé en ce que ledit étran-20 glement est modifié de telle sorte que le débit du fluide qui le traverse varie linéairement avec la température. 11. Dispositif selon 1, caractérisé en ce que l'une de ses branches contient une résistance à écoulement laminaire, l'autre branche contenant une résistance à écoulement par un orifice. 25 12. Dispositif selon 9, caractérisé en ce que ledit pre mier élément est traversé parun passage, le second élément a une paroi disposée face à ce passage, un moyen élastique sollicite le second élément vers ledit passage, et un troisième élément solidaire du second et ayant un coefficient de dilatation thermique beaucoup 30 plus élevé et monté avec ce dernier de façon que le déplacement du second élément soit dû à la dilatation différentielle du deuxième et du troisième élément en fonction de la température. 13. Dispositif selon 12, caractérisé en ce que le second élément est constitué par du quartz et le troisième par de l'alumi-35 nium.