Brevet FR2063922A1 — publié le 19710716

La présente invention concerne un dispositif de régulation de vitesse, particulièrement destiné à de petites machines pneumatiques rotatives à grande vitesse de rotation. La régulation de la vitesse de rotation, surtout pour le telles machines, est difficile à résoudre, en raison notamment de l'équilibrage délicat 2es pièces mécaniques en mouvement composant les régulateurs centrifuges habituellement utilisés. De plus, les régulateurs centrifuges classiques deviennent généralement encomSrants lorsqu'ils doivent agir sur aes débits importants. Ils sont, de ce fait, difficilement applicables sur des petites machines portatives relativement puissantes. En outre, dans ces régulateurs, le frottement entre parties fixes et parties mobiles est particulièrement genant car il conduit à une usure plus rapide des pièces en contact, ce qui entraîne un réglage peu précis de la vitesse. Le dispositif selon l'invention est destiné à la régulation de vitesse de machines pneumatiques rotatives à vitesse élevée afin de maintenir cette vitesse à une valeur déterminée quelle que soit la charge imposée à la machine ou les variations de la pression d1alimentation, pcuflnx que cette vitesse reste à l'intérieur des caractéristiques de la machine pour la vitesse considérée. Ce dispositif a un faible encombrement mais néanmoins permet des débits importants sous son faible volume. Sa sensibilité est grande car il comprend un élément détecteur de la valeur de la vitesse qui gouverne un dispositif amplificateur commandant les organes qui déterminent le débit. Enfin, il est réalisé sans aucun frottement entre pièces fixes et pièces tournantes, ni aucun assemblage mécanique dans les éléments du dispositif qui sont portés par la partie rotative de la machine. Selon l'invention, le dispositif de régulation d'une machine tournante alimentée par un gaz sous pression est caractérisé en ce que la partie tournante de la machine comporte un élément élastiquement déformable en fonction de la vitesse de rotation, qui en permanence obture à distance, de façon va rible, au moins une ouverture débouchant dans un espace à basse pression, qui est ménagée dans la partie fixe d'une capacité, déformable à l'encontre d'une force élastique, dont la partie mobile commande un distributeur équilibré réglant le débit du gaz, cette capacité comportant un orifice calibré communiquant avec l'arrivée de gaz sous pression. Un élément élastiquement déformable en fonction de la vitesse de rotation, qui en permanence obture à distance, de façon variable, au moins une ouverture ménagée dans la partie fixe d'une capacité, peut être réalisée de manières diverses. On peut utiliser, par exemple, un rebord cylindrique de matière élastique qui, par la force centrifuge, tend à s'évaser et l'interposer sur les jets gazeux issus d'une ou de plusieurs couronnes circulaires de petits orifices ménagé os dans la paroi de la capacité. Ces couronnes peuvent etre disposées, soit sur un fond plat perpendiculaire à l'axe de la capacité, le rebord agissant alors par sa face terminale perpendiculaire à l'axe, soit sur une paroi cylindrique de cette capacité, le rebord agissant alors par sa paroi cylindrique latérale dont la distance à la paroi de la capacité varie en fonction de la vitesse de rotation. De préférence, l'ouverture de la capacité est unique et axiale. Dans ce cas, ltélément élastiquement déformable est avantageusement constitué par une lame élastique perpendiculaire à l'axe et solidaire d'au moins deux masselottes égales et diamétralement opposées, fixées de manière excentrée à ladite lame; celle-ci, librement déformable dans le sens axial, est rendue solidaire en rotation de la partie tournante. Dans ce cas, la ferce centrifuge modifie la cambrure de la lame et, par conséquent, la distance entre l'ouverture et la fae de cette lame tournée vers cette ouverture. Par ailleurs, un distributeur équilibré peut être constitué par un tiroir tubulaire coulissant dans un fourreau, le tiroir et le fourreau étant percés d'orifices de passage du gaz dont la coïncidence varie suivant la position relative des deux organes, ou encore par une paire de clapets égaux et solidaires agissant dans deux ouvertures en regard, de telle sorte que la pression du gaz agissant sur ces clapets développe des forces égales et opposées. Enfin, la capacité à paroi mobile peut être constituée par un cylindre que ferme un piston ou par une membrane déformable, de préférence en forme de soufflet. On montrera dans la suite qu'une variation de la vitesse de rotation (quelle qu'en soit la cause) provoque une variation du débit de fuite de la capacité par variation des conditions d'obturation à distance de la ou des ouvertures de la capacité, de sorte que la pression à l'intérieur de celle-ci varie et, par conséquent, le vclume de cette capacité varie également dans le meme sens, ce qui entrante un déplacement du distributeur équilibré. On remarquera que le sens de la variation de la pression dans la capacité avec l'augmentation de la vitesse est indifférent, pourvu que cette variation de volume de la capacité commande dans le sens convenable le distributeur équilibré, c'est-à-dire, en l'espèce, vers la fermeture. La différence est que, au repos, le distributeur sera complètement fermé si une augmentation de vitesse tend à freiner l'ecoule- ment de gaz de la capacité, et complètement ouvert dans le cas contraire. Les dessins annexés montrent comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre en coupe axiale partielle ltex- trémité d'une machine pneumatique tournante équipée confor triment à l'invention. La figure 2 est une coupe par II-II de la figure 3. La figure 3 est une coupe axiale partielle d'une variante de réalisation. La figure 4 est lne coupe permenticulaire à l'axe d'une autre variante de réalisation. Les figures 5 à 9 montrent, en coupe axiale, des variantes de réalisation, soit d'ensemble (figures 5, 6 et 9), soit le détail (figures 7 et 8j, Les exemples décrits et illustrés se rapportent au ,s de machines comprenant (figure 2), dans un corps 1, une urbine à air 2 solidaire d'un axe 3. L'air sous pression arrive à la machine par une canalisation et un raccord (non représentés) dans la chambre axiale 4 où règne ainsi sensiblement la pression P1 de cette canalisation. L'air parvient à la turbine 2 à travers le distributeur désigné dans son ensemble par la référence 5, la cham bre intermédiaire 6 et le ou les canaux 7. Le distributeur comprend un corps cylindrique 8 engagé dans l'alésage axial 9 reliant les chambres 4 et 6 et fixé par vissage dans l'alésage taraudé 10. La position axiale du distributeur est fixée par la vis d'arrêt 11. Le tiroir 19 de ce distributeur, dont les ouvertures 12a coopèrent avec les ouvertures 8a du corps 8 pour déterminer le passage de l'air, forme avec son fond 12b un piston de fermeture d'une capacité 13 de-volume variable intérieure au corps 8. La chambre 13 communique arec la chambre 4 (pression P1) par un petit orifice calibré 15 et avec l'espace 16 où règne une pression Lasse P3 (par exemple la pression atmosphérique extérieure ou la pression dans le conduit d'échappement le la machine) par le canal 17 qui débouche en regard de la lame élastique 18. La lame 18 est découpée en croix (figure 2) et comporte, à chaque extrémité de ses branches, une masselotte 19 fixée de manière excentrée par rapport à ladite lame, c'està-dire que le centre de gravité de chaque masselotte est au-dessus de cette lame. La lame en croix est logée dans la fente en croix 22 de l'extrémité filetée de l'arbre 3, de sorte qu'elle tourne avec celui-ci mais est libre de se déformer axialement dans cette fente. Au repos, la lame est plane mais, plus la vitesse de l'arbre 3 est grande, plus la lame tend à être cambrée ctestCà--dire que sa partie centrale se app-'oche de l'orifice du canal 47 obstruant de plus en plus I1 écoulement d'air à travers celui-cI Enfin, le tiroir 12 est sollicité, par un ressort 20, vers la fermeture du distributeur par défaut de coïncIdence des ouvertures 8a et 12a (position illustrée sur la figure 1), la corse du tiroir étant toutefois limitée par les butées 21 diamétralement opposées et solidaires du corps 8. Il est clair que, plus l'écoulement d'air à travers le canal 17 est freiné, plus la pression d'air P2 dans la chambre 13 se rapproche de la pression P1 admise dans cette chambre par orifice 15. La pression 22 évolue donc, en service, entre une valeur juste inférieure à P1 et une valeur juste supérieure à p3. Lorsque la chambre 4 est initialement mise en pres sion, l'écoulement d'air par le canal 17 est relativement libre et P2 est proche de P3. La pression P1 peut donc repos ser le tiroir 12, ouvrir le distributeur et le gaz admis dans la machine fait tourner la turbine 2. Lorsque la vitesse de rotation augmente, la lame 18 est progressivement cambrée, ce qui augmente la pression dans la chambre 13 et permet au ressort 20 d'agir dans le sens de la fermeture du distributeur. Ainsi, en supposant, ce qui est exact en pratique, que les variations de la pression P3 sont faibles ou meme nulles, c'est-à-dire que la pression P3 n'intervient pas dans la détermination de P2, à une vitesse de rotation bien déterminée et, pour une charge et une pression P1 constantes, il s'établit ainsi une position d'équilibre du tiroir telle que P1 P2 + P1 = P2 + # S # étant l'effort fourni par le ressort 20 sur le tiroir dont la section est S. Si la charge de la machine cause son ralentissement, la cambrure de la lame 18 diminue, la pression P2 diminue et le débit du distributeur augmente Jusqu'au rétablissement de la vitesse d'origine. -Si la pression P1 varie, il est clair également que le dispositif évolue dans le sens qui tend à maintenir la valeur initiale de la vitesse. Afin d'assurer une stabilité convenable a la réga- lation, la pente du ressort 20, c'est-à-dire la variation de force élastique en fonction de la déformation du ressort, doit être déterminée en tenant compte ies variations possibles de la pression P1 en fonction du débit commandé par la régulation. Pour permettre la litre cambrure de la lame 18, tout en assurant sa rotation avec l'arbre 3, cet arbre peut aussi (figure 3) comporter une fente simple 24, tandis que la lame 18 rectiligne comp-rte, an son centre, un do > .gt 25 engagé dans m alésage axial 26 de l'arbre 3. La distance au repos entre l'orifice du canal 17 et la lame 18 est déterninante pour la vitesse de la machine à laquelle est obtenue la position d'équilibre. Cette distance dépend de la profondeur de vissage du distributeur dans l'alésage taraudé 10. Pour faciliter le réglage de cette profondeur, on peut, comme montré sur la figure 4, munir la périphérie du corps 8 du distributeur dans la chambre 6 d'une denture 27 engrenant avec une vis sans fin 28. Celle-ci, manoeuvrable en rotation à l'aide d'un tournevis, grace à sa fente 29, tourillonne dans deux paliers 30 vissés dans des forages alignés du corps 1 et qui peuvent être serrés contre la vis grâce à leurs fentes 30a. Après réglage de la position du distributeur, le blocage de la vis 28 entre ces paliers immobilise en place le distributeur. Dans la réalisation montrée par la figure 5, la capacité 13 est constituée par un soufflet 32 qui porte le tiroir de distributeur 12 lequel guide la déformation du soufflet. Ce soufflet peut être métallique ou être en matière plastique ou en élastomère. Le fond du tiroir est percé, outre l'orifice 21, d'un second orifice 33 permettant à la pression constante P1 de régner en permanence autour du soufflet, c'est-à-dire empechant que les fuites entre le tiroir et le corps de distributeur, dont la valeur est.variable, perturbent l'équilibre du dispositif. Sur la figure 5, contrairement à la figure 1, le dispositif-a été représenté en position de service, c'est-àdire la lame 18 cambrée et le distributeur partiellement ouvert. Comme indiqué dans le préambule et comme montré sur la figure 6, la lame 18 et les masselottes 19 peuvent etre montées à l'envers ct-est-à-dire que l'accroissement de vitesse de l'ar'Sre 3 entrante un plus grand débit du canal 17, donc une chute de la pression P2. Il suffit alors, pour que le fonctionnement soit correct et que l'équilibre soit stable, que le déplacement qui en résulte tende vers la fermeture du distributeur. Ce résultat est obtenu tenu si, comme le montre la figure 6, en position de repos, le distributeur est à son ouverture maximale, de sorte que le déplacement du tiroir 12 entralne une évolution vers la fermeture réciproque des ouvertures coopérantes 8a et 12a. Pour régler la vitesse de régime, il est également possible de modifier la dimension de I1 orifice calibré 15. Cet orifice peut, à cette fin, être ménagé dans un gicleur amovible interchangeable. L'emplacement de cet orifice 15 doit être choisi pour que les turbulences et les effets d'écoulement d'air par les canaux de distribution ne perturbent pas sensiblement la pression P1 qui alimente cet orifice. On peut aussi pour cela protéger cet orifice par un déflecteur (non représenté). Dans la réalisation montrée par la figure 7, l'élément élastiquement déformable, solidaire en rotation de l'arbre 3, est un godet 35 en élastomère, de dureté appropriée pour subir un évasement sensible sous l'effet de la force centrifuge due à la vitesse de rotaticn normale de l'arbre 3. Le bord plat 36 de ce godet est en regard d'une ou de plusieurs couronnes d'ouvertures 3? ménagées dans le fond plat du corps 8 qui, comme précédemment, est vissé dans le corps 1. En s'évasant, comme montré en traits mixtes (position 351) le godet libère les ouvertures 37, ce qui entraxe un fonctionnement semblable à celui du dispositif montré par la figure 6. Comme montré sur la figure 8, un godet 38 à bord droit peut aussi obturer une couronne d'ouvertures 39 et les libérer en s'évasant. Le fonctionnement serait inverse si les ouvertures 39 étaiert ménagées à la périphérie interne d'un corps 8 dont 1a base serait en forme de couronne. Enfin, dans la réalisation schématiquement montrée r -r la figure 9, le fond rigide 40 du soufflet 32 est solidaire des deux clapets 41 et 42 que relie la tige À servant au ;mutage de l'ensemble en passant à travers l'alésage central du disque perforé 44. La pression P, règne dans les deux chambres 4a et AE de part et d'autre de la paire de clapets, tandis que la chambre 6 correspond à espace entre ces clapets. Au repos, les clapets sont fermés et servent de mutée à la poussée du ressort 20. Le fonctionnement de ce dispositif est le même axe celui qui a été exposé en regard de la figure 1. Le dispositif s'applique à toutes sortes de machines pneumatiques rotatives et spécialement aux machines portatives qui, alimentées à travers des canalisations flexi Les, entrainent des outils rotatifs divers et notamment des gorets et des meules, des disques de ponçage, etc... R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif de régulation de vitesse d'une machine tournante alimentée par-un gaz sous pression, caractérisé en ce que la partie tournante de la machine comporte un élément élastiquement déformable en fonction de la vitesse de rotation, qui, en permanence, obture à distance, de façon variable, au moins une ouverture débouchant dans un espace à basse pression, qui est ménagée. dans la partie fixe d'une capacité, déformable à l'encontre d'une force élastique, dont la partie mobile commande un distributeur équilibré réglant le débit du gaz, cette capacité comportant un orifice calibré communiquant avec l'arrivée de gaz sous pression. 2.- Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture est unique et axiale. 3.- Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastiquement déforma- ble est constitué par une lame élastique solidaire d'au moins deux masselottes égales et diamétralement apposées, fixées de manière excentrée à cette lame, ladite lame, librement déformable dans le sens axial, étant solidaire en rotation de la partie tournante 4.- Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur équilibré est constitué par un tiroir tubulaire, mobile dans un cylindre fixe les parois du cylindre et du tiroir étant percées d'orifices coopérarts ldi tiroir comportant un fond solidaire de la partie mobile de 1 capacité déformable. /,- Dispositif de régata ion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur équilibré est consti- tué par de-+ clapets égaur et parallèles, solidaires d?un meme axe, lequel est solidaire de la partie mobile de la capacité déforable, les clapets faisant communiquer un espace central correspondant à l'intervalle qui les sépare avec deux espaces, de part et d'autre de celui ci, où règne la même pression. 6.- Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame élastique est en forme de croix et engagée dans une fente en croix de l'extrémité de la partie rotative. 7.- Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame élastique est rectiligne, logée dans une fente diamétrale de la partie rotative et comporte un doigt central engagé dans un alésage axial de la partie tournante. 8 Dispositif oe régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité déformable est un cylindre fermé par un piston. 9.- Dispositif de régulation selon les revendications 4 et 8, caractérisé en ce que le piston est solidaire du tiroir du distributeur équilibré et le cylindre du corps de ce distributeur. 10.- Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité déformable comporte une membrane, de préférence en forme de soufflet. 11.- Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur est fermé au repos et l'obturation par l'élément déformable de l'ouverture de la capacité augmente avec la vitesse. 12.- Dispositif de régulation selon la revendication caractérisé en ce que le distributeur est ouvert au repos et i'obturation par l'élément élastiquement déformable diminue lorsque la vitesse augmente. 1.- Dispositif de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie fixe de la capacité déformable est vissée axialement dans le corps de la machine pour permettre le réglage de la distance au repos de l'ouver- ture de cette capacité à la lame élastique. 14.- Dispositif de régulation selon la revendicaticn 13, caractérisé en ce que la position axiale de la partie fixe de capacité est conservée par une vis d'arrêt. 15.- Dispositif de régulation selon la revendication 13, caractérisé en ce que la partie fixe de la capacité déformable est manoeuvrable en rotation de i'extérieur de la machine afin de permettre le réglage en marche. 16.- Dispositif de régulation selon la revendication 15, caractérisé en ce que la partie fixe de capacité déformable comporte une denture périphérique en prise avec une vis sans fin dont une extrémité au moins est accessible de l'extérieur de la machine.