Brevet FR2070736A1 — publié le 19710917

La présente invention concerne un amplificateur à fluide comportant une admission'd'écoulement de fluide, deux canaux d'échappement, au moins une admission de fluide de commande et au moins un volet obturateur situé à la bifurcation des conduits d'échappement de fluide, ce volet pouvant 5 pivoter et ayant en plan un contour triangulaire qui est adapté à ouvrir l'un ou l'autre des échappements de fluide. Les amplificateurs de fluide déjà mis au point, c'est-à-dire qui sont proportionnels ou mono-, bi-, ou tridirectionnels etc. se sont révélés très sensibles à la charge. L'écoulement de fluide commandé ne peut être 10 amené à exercer des effets appréciables, des perturbations survenant en fonctionnement. Lorsque le jet de l'échappement actif s'écoule à 1'encontre d'une pression sensiblement supérieure à celle de l'échappement passif,ce jet se déplace plus ou moins progressivement sur l'échappement passif. De ce fait, ce genre d'amplificateur courant, na comportant pas d'élément mobile, ne peut trans-15 mettre aucune action supérieure et n'est pas utilisable comme étage d'action-nement dans un système d'amplification à fluide. Afin d'éliminer ces inconvénients majeurs des amplificateurs antérieurs, des essais ont été effectués pour y agencer un dispositif d'obturateurs, tels que des volets. Un exemple de ce dispositif est décrit 20 dans le brevet des E.ÏÏ.A, N° 3.053.276. La structure selon ce brevet constitue une certaine amélioration de l'amplificateur à fluide et remédie, jusqu'à un certain pointjà l'inconvénient d'instabilité indiqué, mais entraîne cependant d'autres sérieux inconvénients. Le dispositif faisant l'objet de ce brevet est agencé de telle sorte que l'écoulement de fluide de contrôle agit direc-25 tement sur le volet obturateur disposé sur les conduits d'échappement, et, de ce fait, une pression de fluide de commande non négligeable doit être sacrifiée pour assurer la commutation. Il est également apparu que le dispositif selon ledit brevet ne peut supporter aucune surcharge, le volet étant d'autant plus appuyé énergiquement contre la paroi adjacente que la pression de l'échap-30 pement actif est plus forte, ce qui conduit finalement à l'impossibilité presque absolue de déplacer le volet. L'invention élimine les inconvénients et difficultés de ce dispositif antérieur et a pour objet un amplificateur à fluide du genre indiqué, dans lequel les effets de puissance jusqu'ici inconcevables, peuvent être 35 obtenus sans aucune conséquence fâcheuse sur la fiabilité de fonctionnement ou commutation. 70 43816 2 2070736 La caractéristique essentielle de ce nouvel amplificateur à fluide résulte du fait que le volet obturateur est soustrait à toute action directe du fluide de commandes mais est actionné par l'introduction de l'écoulement de fluide dans l'un ou l'autre des canaux d'échappement, de 5 manière que le volet obturateur est alors automatiquement commuté sur une position,qui ouvre sélectivement un échappement actif, alors que l'échappement passif est complètement refermé, ce volet pivotant autour d'un axe situé dans son contour triangulaire. 10 du brevet antérieur précité, a été, pour ainsi dire, inversé et réalisé sous une forme contraire et qu'ainsi un effet particulièrement avantageux peut être obtenu du fait que le jet principal peut être substitué à l'écoulement de fluide de commande du dispositif antérieur, pour déplacer le volet obturateur . 15 L'invention assure de plus d'autres avantages importants. En premier lieu, on obtient une fiabilité complète avec élimination totale des déplacements inopinés, progressifs ou instantanés du volet. Par ailleurs le réglage de ce volet peut être commandé par de courtes impulsions de fluide de commande, c'est-à-dire que l'amplificateur a un facteur élevé 20 d'amplification. La direction de l'écoulement peut de plus être modifiée très rapidement et l'amplificateur peut supporter des surcharges très élevées, et ne donner que de faibles pertes de charge. Cet amplificateur selon l'invention convient donc parfaitement à l'adaptation dans un système d'amplification à fluide, contrairement à un dispositif de soupape mécanique. On doit indiquer 25 de plus que le nouveau dispositif peut naturellement être utilisé aussi bien avec des fluides gazeux qu'avec des liquides. "Il apparaîtra clairement dans la suite que l'obturateur L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre d'exemples préférés de réalisation et des dessins annexés sur lesquels : 30 les figures lji et 11} sont des coupes longitudinales schématiques, suivant des plans respectivement perpendiculaires, d'une réalisation de base de l'invention; 35 - les figures 2, 3ji à 3c_ et les figures 4éi à 4c sont des coupes analogues à la figure la_ de variante possible de cet amplificateur; - les figures 5 à 9 représentent une autre variante de réalisation de l'invention, la figure 5 étant une coupe analogue à la figure la^, la figure 6, une coupe analogue à la figure lb, la figure 7, une coupe d'extrémité, la figure 8, une vue en perspective éclatée du dispositif, et la figure 9 un schéma d'écoulement de cette variante. 70 43816 3 2070736 On voit sur les figures la et lia, un amplificateur courant à fluide bidirectionnel ayant une admission de fluide j. et deux canaux d'échappement de fluide, a étant l'échappement actif et £ l'échappement passif. L'écoulement de fluide entrant sort le l'appareil par l'échappement as dans 5 l'état représenté sur la figure la^. De plus, deux admissions de fluide de commande et s^, respectives, sont représentées;par celles-ci, une impulsion de fluide de commande peut être envoyée vers le jet d'écoulement de fluide afin de le déplacer de l'un des échappements sur l'autre, leurs dénominations a_ et £ étant ainsi interverties. 10 Selon l'invention, un obturateur à volet 1 est disposé au point de bifurcation des deux canaux d'échappement, ce volet est de forme triangulaire en plan, et, dans le cas particulier décrit, est en forme de secteur de cercle, telle que représentée sur la figure la. Cet obturateur 1 pivote autour d'un axe 2, qui est situé à proximité du sommet du secteur cir-15 culaire ou du centre de l'arc de cercle. La surface circulaire du volet obturateur est située en aval de l'axe 2 et est séparée avec le minimum de jeu de l'extrémité de la surface 3 à la cloison de séparation comprise entre les deux canaux d'échappement de fluide a leur bifurcation. Cette surface d'extrémité a avantageusement un contour suivant,d'aussi près que possible, 20 la surface cylindrique du volet. Ce volet peut osciller librement sur l'axe 2. Dans la position représentée, le volet obturateur 1 donne le libre passage du jet d'écoulement de fluide à partir de de l'admission vers l'échappement actif. Si une impulsion de fluide de contrôle est alors appliquée à l'amplificateur, par l'admission s^ de fluide de commande, le jet d'écoule-25 ment est déplacé en conséquence sur le canal opposé, le jet principal agit automatiquement sur le volet du fait de sa position en aval de l'axe 2. Il a été constaté expérimentalement que le déplacement du volet-, sous l'action du jet principal,survient nettement et distinctement, de sorte que l'autre échappement d'écoulement de fluide de l'amplificateur devient actif, alors que 30 l'échappement antérieurement actif devient passif. Il n'existe dans c^t échappement passif qu'une faible pression, alors qu:une pression sensiblement plus grande peut être maintenue dans des autres parties de l'amplificateur. Le volet obturateur 1, comprenant une surface cylindrique à son extrémité aval de l'écoulement, la pression à l'échappement passif £ ne peut agir sur lui, 35 aussi bien dans l'une que l'autre direction. Ce volet conserve sa position d'appui contre la paroi par la différence de pression résultant du fait que le volet obturateur, par sa forme et sa situation, fonctionne comme diffuseur. 70 43816 4 2070736 A partir de ce principe de base, il est facile de réaliser des variantes assurant des avantages importants et inattendus dans de nombreuses applications. Certaines de ces applications sont indiquées à l'aide des figures 2 à 4. La variante de la figure 2 convient en particulier à des dispositifs 5 hydrauliques, utilisant ainsi des liquides aussi bien comme fluide de commande que d'écoulement. Dans ce cas, le volet 1 est est de forme triangulaire, mais cependant sont profil de base cylindrique est à l'opposé de celui de la première réalisation, c'est-à-dire que la base de ce volet est concave. Par ailleurs, l'axe 2 n'est pas agencé au voisinage du sommet du volet, étant plus rapproché 10 du, ou sensiblement au,centre de gravité. Cette réalisation du contour périphérique, et particulièrement le contour de la base, permet l'agencement d'un conduit de renvoi, à la surface d'extrémité de la paroi de séparation des canaux d'échappement de fluide à leur bifurcation. Ce conduit de renvoi ou de retour ir s'est révélé particulièrement avantageux pour des applications 15 utilisant des fluides liquides. Ces liquides étant sensiblement incompressibles, le fluide quittant l'échappement actif, peut être renvoyé de manière très avantageuse en sens opposé, à travers l'échappement passif de fluide, étant guidé par la surface concave de l'obturateur 1, dans le conduit de retour ît. Une attention particulière doit être apportée à la répartition des pressions 20 sur la surface concave de base, à l'étude du volet obturateur. Un autre perfectionnement du principe de base de la réalisation de la figure 3, est appliqué dans la variante des figures 3a à 3c_, et permet d'assurer diverses fonctions différentes. La caractéristique essentielle de cette variante, est l'emploi de deux volets obturateurs la^ et l^b, agencés 25 de même manière que le volet unique 1 de la réalisation précédente, et qui sont disposés côte à côte. Dans cette disposition telle que représentée, un écoulement permanent de fluide de commande est maintenu égal à la fois dans les deux admissions s^ et S£ de fluide, le jet d'écoulement peut alors être envoyé directement à partir de l'admission, à travers l'amplificateur, étant 30 réparti entre les deux obturateurs ljî et lb_ et sortant par le conduit de retour, lequel,dans ce cas particulier,peut être considéré ccmme un échappement et de ce fait est désigné par Si les deux échappements d'écoulement de fluide sont reliés à l'une des faces d'un piston 5 coulissant dans un cylindre tel que représenté sur la figure, ce piston, dans l'état représenté de l'amplifi-35 cateur avec son volet, est libre. Si l'on modifie le rapport mutuel d'écoulement de fluide à travers les admissions s^ et s^ respectives du fluide de commande, de sorte que s^ soit supérieur à s^s tel que représenté sur la fi-gure 31j, un contrôle fonction de ce rapport est réalisé, de sorte qce le 70 43816 5 2070736 piston 5 est déplacé lentement du fait qu'une partie de fluide en écoulement est guidé vers 1'extérieurjà travers l'un des canaux d'échappement de fluide, alors que le reste de l'écoulement est envoyé entre les obturateurs directement vers l'échappement u. Le fluide refoulé sur la face opposée du piston est renvoyé 5 à travers, l'échappement passif de fluide, et passe l'obturateur intéressé, qui est dans ce cas l'obturateur la^et est guidé vers la sortie 4. Lorsque le présent rapport entre les écoulement de fluide de contrôle est modifié jusqu'à ce que l'admission S£ soit complètement fermée, et que le fluide de commande soit introduit uniquement par l'admission (cas de la figure 3c), une commande 10 bidirectionnelle similaire à une mémoire est obtenue, c'est-à-dire que le piston est déplacé par l'entière pression. On doit remarquer que la variante décrite peut naturellement être modifiée elle-même, et être inversée ou adaptée d'autres façons, ce qui est évident pour l'homme de l'art, sans sortir pour cela du cadre de l'inventicm. De plus, on doit remarquer que,dans la présente 15 réalisation, les deux obturateurs réalisent un compromis entre les formes adoptées dans les deux réalisations précédentes, c'est-à-dire que ces dispositifs obturateurs sont identiques et constitués en secteur de cercle et articulés au voisinage de leur sommet, mais, cependant, sont munis d'une surface de base, en cercle ou cylindre concave. 20 II est possible d'étendre davantage le champ d'utilisation du principe de base. La variante des figures 4a à 4c: assure essentiellement la rapidité de communication et'une faible perte de charge nécessitées pour certaines applications. L'amplificateur de la figure 4a. selon l'invention est utilisé pour assurer un effort de réaction de guidage à chacun des échappements 25 de fluide. Une oscillation peut être obtenue avec ce dispositif, telle que par l'inertie propre du volet 1 ou par agencement d'un retour de fluide dans une capacité. Dans le dispositif de la figure 4]j5 un effort de piston peut être disponible en rendant élastiques les coins ou bords 4 d'aval de l'obtura-30 teur 1, c'est-à-dire en les constituant par des nervures de caoutchouc. Enfin la figure 4c^ représente une variante qui est utilisée pour engendrer directe^ ment une rotation ou un couple d'efforts. Une condition primordiale de réalisation des amplificateurs de fluide selon l'invention est que le volet 1 doit être d'autant plus léger que 35 le fonctionnement doit être plus rapide. Si l'axe de son pivotement coïncide avec son centre de gravité, le volet obturateur n'est pas soumis à la pesanteur. Afin de permettre la commutation ou le réglage du jet d'écoulement de fluide, le jet principal ne doit pas être complètement arrêté mais comporter un minimum d'écoulement. Lorsqu'on piston tel que 5 est en fin de course,1'entière 70 43816 6 2070736 pression est maintenue du piston à la source, de même que dans les conduits de fluide de commande, La commutation3à l'aide d'un écoulement de fluide,et la fonction d'amplificateur de fluide ne peuvent être assurées que si une soupape de retenue, de dérivation ou dispositif analogue, s'ouvre et permet 5 un écoulement réduit. Celui-ci cependant peut également être obtenu par la réalisation des coins ou bords 4 d'aval de l'obturateur 1, en matière élastique, tel que déjà mentionné , de sorte qu'un écoulement d'échappement de fluide déterminé permanent constitue une fuite entre les échappements actif et passif à la pression maximale. Cependant,1'obturateur doit être agencé de manière que 10 les fuites- de l'échappement actif vers l'échappement passif soient réduites. Lorsque de très hautes pressions sont en jeu, une sensibilité à la charge, faible nais nuisible, peut subsister dans les réalisation décrites ci-dessus. Afin d'éliminer cette sensibilité, encore une autre réalisation améliorée peut être constituée telle que représentée sur les figures 5 à 9 15 du dessin. Cette réalisation est analogues aux précédentes en ce qui concerne la bifurcation, entre les canaux d'échappement de fluide est monté un volet obturateur 1, mais dont la base est opposée à l'axe 2, et est convenablement cintrée en cercle, un canal 6 de connexion s'étendant sensiblement parallèle 20 à cette base et débouchant, à chaque extrémité, dans un orifice ou ouverture qui est à angle droit du plan du volet. De même, les deux échappements a et £ sont reliés à ces ouvertures et entre elles est agencé un conduit de retour u vers la source de fluide d'actionnement. Par ce conduit 6 de connexion ménagé dans l'obturateur, une dériva-25 tion de l'écoulement de fluide retourne à travers les échappements respectifs vers ladite conduite de retour, comme dans certaines des réalisations précédentes. Maisjdans le cas présent, un équilibre complet des efforts agissant sur le volet est réalisé et celui-ci devient ainsi insensible à la charge. Cette disposition assure un autre avantage lorsque l'amplificateur est réalisé 30 en éléments plans superposés comme représenté sur la figure 8; le conduit 6 de connexion peut déboucher des deux côtés de l'obturateur triangulaire, les conduits venant des deux côtés de cet obturateur étant alors reliés ensemble pour constituer un raccordement commun extérieur de l'amplificateur par un seul côté. 70 43816 7 2070736 REVENDICATIONS 1 - Amplificateur à fluide ayant une admission d'écoulement de fluide, deux canaux d'échappement de fluide, au moins une admission de fluide de commande et au moins un volet obturateur situé au point de bifurca-5 tion des canaux d'échappement, cet obturateur pouvant pivoter et ayant en plan un contour triangulaire, et de plus, étant placé en aval de l'admission du fluide de commande et agencé pour ouvrir l'un ou l'autre des canaux d'échappement de fluide, cet amplificateur étant caractérisé en ce que le volet obturateur est libéré de l'action directe du fluide de commande, mais 10 actionné par l'écoulement de fluide qui est guidé dans l'un ou l'autre des canaux d'échappement, de manière que cet obturateur est automatiquement connecté sur une position d'ouverture d'un canal d'échappement actif déterminé, 1' autre échappement passif étant complètement refermé, de plus, cet obturateur pouvant pivoter autour d'un axe situé dans son contour triangulaire. 15 "2 - Amplificateur selon la revendication 1, dans lequel. le volet obturateur est en forme de secteur de cercle, la paroi de séparation des canaux d'échappement étant conformée étroitement à la périphérie dudit secteur. 3 - Amplificateur selon la revendication 1, dans lequel 20 ladite paroi dé séparation ménage un conduit intérieur de retour et la base d'aval de l'obturateur triangulaire est concave vers son centre de gravité afin de permettre la dérivation d'un écoulement de fluide en retour à travers l'échappement passif, vers ledit conduit de retour. 4 - Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en 25 ce que deux volets obturateurs sont dispesés côte à côte, sensiblement en concordance avec chaque bord du conduit de retour de la cloison de séparation. 5 - Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit axe de pivotement est placé sensiblement au centre de gravité de l'obturateur. 30 6 - Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturateur est muni^au voisinage de sa base cintrée opposée à l'axe de pivotement, d'un conduit de connexion s''étendant sensiblement parallèle à cette base et débouchant à chaque extrémité au moins sur un orifice"ou passage orienté à angle de droit du plan dObturateur et agencé pour relier 35 à une extrémité l'échappement passif respectif et à l'autre le conduit de retour agencé entre ces deux passages ou orifices, de manière à permettre 70 43816 8 2070736 une dérivation de l'écoulement de fluide en retour à travers le canal respectif d'échappement passif dans ledit conduit de retour, ces deux passages ou orifices, aussi bien que ce conduit débouchant dans la chambre d'amplificateur, à angle droit du plan de l'obturateur en correspondance avec les orifices du conduit de connexion.