Brevet FR2137572A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne d'une -façon générale la commande flui-dique, et plus particulièrement une technique de commande suivant laquelle un signal entrant ou de réaction est converti en mouvement mécanique et ce mouvement est utilisé pour positionner un ajutage pour jet de fluide entre 5 deux sorties pour le fluide afin de partager le fluide sortant de l'ajutage entre les deux sorties. Suivant une application typique, un signal électrique ou acoustique est converti en mouvement mécanique par une bobine audiofréquence. Cette bobine est couplée par l'appareil selon l'invention a l'ajutage d'un transducteur 10 fluidique-mécanique, qui proportionne le courant de fluide entre deux orifices d'un bloc distributeur de fluides. Les deux courants de fluide provenant des sorties du bloc distributeur sont utilisés pour moduler, par exemple, deux amplificateurs tourbillonnaires ventilé^ dont les signaux sortants commandent la position d'un piston d'un dispositif de consnande de vanne commandé par le 15 fluide. Bien entendu, de nombreuses autres applications sont possibles, et l'invention n'est en aucune façon limitée par ce qui précède. La fonction de commande peut être exercée directement au lieu d'être effectuée par l'intermédiaire d'amplificateurs fluidiques. Le fluide peut être une vapeur, un gaz ou un liquide. La fonction comfiandée peut être la vitesse ou la puissance de sortie d'une 20 turbine ou d'un moteur hydraulique, la position d'un vérin ou d'une membrane à simple ou double effet, d'une commande de tirage, d'un guide de bande, d'un élévateur hydraulique, d'une vanne de réglage d'un débit ou d'une pression, d'un positionneur de cylindres, d'une commande de tension constante, etc. Des systèmes mécaniques pour positionner les jets dans des chambres 25 de pression ont déjà été utilisés. En général, ces systèmes ne sont pas satisfaisants, soit parce qu'ils n'assurent pas la fonction de commande d'une pièce avec une précision suffisante, soit parce qu'ils nécessitent à l'entrée une force mécanique supérieure à celle facilement disponible. Plus particulièrement, de nombreux systèmes comportent des paliers ou des joints pour arbres 30 pour la partie mobile transmettant la force mécanique à l'ajutage à travers l'enveloppe contenant l'ajutage. Ces paliers ou ces joints provoquent des frottements èt.ou bien augmentent la force nécessaire) ou bien réduisent la précision du système, ou bien provoquent ces deux inconvénients. Certains systèmes sont affectés par la pression existant dans la chambre, ce qui provoque des 35 forces déséquilibrées et par suite des erreurs appréciables dans les courants sortants. Enfin, certains systèmes nécessitent de façon inhérente une force de commande relativement élevée, même s'ils n'ont pas les autres inconvénients notés ci-dessus. Des systèmes typiques de cette dernière catégorie comportent 72 16201 2 2137572 des tubes de torsion. La présente invention a par suite pour objet un dispositif positionneur de jet fluidique n'ayant pas les inconvénients ci-dessus. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement 5 de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une coupe d'un positionneur de jet fluidique selon un mode de mise en oeuvre de 1'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; 10 la figure 3 est une vue en élévation latérale de l'ensemble de montage du levier de la figure 1; la figure 4 est une vue en plan de l'ensemble de la figure 3; la figure 5 représente l'accouplement entre le levier et la tige de commande de l'ajutage de l'appareil de la figure 1; 15 la figure 6 représente plus en détail l'ensemble à ajutage de l'appareil de la figure 1; la figure 7 est une vue en élévation et partiellement en coupe du bloc distributeur de la figure 1, et la figure 8 représente schématiquement un système de commande 20 utilisant un dispositif selon l'invention avec des amplificateurs fluidiques incorporés. D'une façon générale, le but de l'invention est atteint en utilisant un bras de levier traversant une paroi d'une chambre sous pression, le passage étant rendu étanche par une structure à soufflet. 25 Le levier est maintenu dans une position fixe et il a une liberté de mouvement dans un seul plan autour d'un point d'articulation imaginaire par un dispositif de flexion sous tension et par un dispositif de flexion transversale, l'un fixe et l'autre mobile. Une tige de commande pour l'ajutage relie l'extrémité intérieure du bras de levier à l'ensemble à ajutage. 30 L'ensemble à ajutage comprend un tube amont communiquant avec l'entrée pour le fluide, une seconde structure à soufflet et un tube aval connecté aussi au soufflet et ayant un collier annulaire coopérant avec un manchon pour limiter son mouvement, et l'ajutage est couplé au bras de levier. Le fluide sortant de l'ajutage passe dans un bloc distributeur comprenant un disque et un bouchon 35 comportant deux orifices communiquant avec des sorties .pour le fluide. Deux amplificateurs fluidiques incorporés peuvent; si *désirévêtre formés.pour communiquer directement avec les sorties pour le fluide. 72 16201 21É7572 Les figures 1 et 2 représentent une chambre sous pression située à l'intérieur d'un bloc 10 en matière convenable, par exemple en acier, qui comporte une première chambre cylindrique 12 dans laquelle est disposé l'ensemble à bras de levier 14, une seconde chambre cylindrique 16 parallèle à la 5 chambre 12 dans le bloc 10 et contenant dans sa partie supérieure un ensemble à ajutage 18 et dans sa partie inférieure un ensemble à bloc distributeur 20, et une chambre de communication 22 traversée par une tige de commande 24 pour l'ajutage, entre les chambres 12 et 16. La partie supérieure et la partie inférieure de la chambre 16 sont délimitées par un épaulement annulaire 10 intermédiaire 26 en double cône dans lequel l'extrémité de l'ensemble à ajutage 18 et le bloc distributeur 20 sont à proximité immédiate l'un de l'autre. L'extrémité inférieure de la chambre 12 est fermée par une bride 28. L'extrémité inférieure de la chambre 16 est fermée par une plaque 30. L'extrémité supérieure de la chambre 16 est fermée par une douille pour ajutage 32 comportant un 15 passage 34 pour l'entrée du fluide. L'étanchéité à la pression de l'intérieur des chambres 12, 16 et 22 est assurée par des bagues toriques ou des joints statiques 36 sur les éléments 28, 30 et 32 et des bouchons étanches à la pression 38 dans les autres ouvertures nécessaires pour la construction et pour permettre l'accès. Deux orifices 40 sont formés dans le bloc distributeur 20 20 et communiquent avec les passages 42 formés dans le bloc 10 pour constituer des sorties pour le fluide. L'ensemble à bras de levier 14 est décrit ci-après plus en détail en considérant les figures 1, 3, 4 et 5. La bride 28 est vissée sur le bloc 10 et retient entre les deux une partie en forme de bride circulaire 44 d'un 25 élément 46 traversé par le levier. La partie en forme de bride 44 est prolongée par une partie cylindrique 48 engagée dans la chambre 12. L'élément formant une bride 46 ainsi que la bride 28 comportent des ouvertures coaxiales 50 traversées par le bras de levier 52. A son extrémité extérieure, le bras de levier 52 est muni d'un raccord convenable pour le couplage à un dispositif 30 détecteur de signal (non représenté). Un support fixe retient le bras de levier 52 dans une position déterminée en permettant des mouvements du bras dans un plan unique autour d'un point d'articulation imaginaire et il est soudé à la surface supérieure de la partie cylindrique 48 de la bride 46, et il est représenté plus particulièrement 35 sur les figures 3 et 4. Le support fixe 54 comporte une surface 56 ayant la même forme générale que l'extrémité supérieure de la partie cylindrique 48 (avec une ouverture centrale 58) à laquelle la surface 56 est soudée. 72 16201 2137572 la partie d'extrémité d'un tube 60 est emmanchée à force dans l'ouverture 58, son extrémité libre étant fixée à une extrémité d'un soufflet 62. L'autre extrémité du soufflet 62 est fixée à un anneau 64 fixé au bras de levier 52. Comme les passages 50 et 58 sont larges par rapport au bras de levier 52, le soufflet 62 supporte le bras de levier 5 2 sans gêner les mouvements de celui-ci. Le support fixe 54 comporte une partie inférieure 66 comportant la surface 56 et le passage 58, une branche 68 parallèle au soufflet 62 mais espacée de celui-ci et deux branches 70 venues de matière à l'extrémité supérieure de la partie 68. La partie 68 a la forme générale d'un segment de cylindre. Les branches 70 comportent des trous 72 et la partie 68 des trous 74 , dans un but décrit plus en détail ci-après. Un support mobile 76 ayant la même forme générale que le support fixe 54 mais plus petit et qui comporte une partie de base 78 est fixé autour du bras de levier 52 à côté de l'anneau 64 fixé au soufflet. Une branche 80 du support mobile 76 est diamétralement opposée à la partie 68 du support fixe 54 et s'étend de la partie 78 vers la branche 66 du support fixe 54 et se termine par deux branches 82 comportant des trous 84 dans l'alignement des trous 72 des branches 70. Deux autres trous 86 sont formés à une distance intermédiaire dans le support fixe 54 en alignement axialement avec les ouvertures 74. L'ensemble est complété par deux fils ou tiges de suspension longs 88 fixés sous tension entre les trous alignés 72 et 84, et par deux fils de suspension courts 90 fixés sous tension entre les trous alignés 74 et 86 du support fixe 54 et du support mobile 76. Il sera noté que les fils 88 et 90 de chaque paire sont à égale distance du bras de levier 52 sur les côtés opposés de celui-ci et que les fils 88 sont disposés à 90° par rapport aux fils 90. Les fils 88 (qui sont aussi appelés des éléments de flexion sous tension) tiennent le bras de levier 52 en position fixe dans le sens longitudinal, malgré la pression existant dans la chambre. Les fils courts 90 (ou éléments de flexion transversale) situés entre le support mobile 76 et le support fixe 54 maintiennent le bras de levier 52 fixe en dehors d'un mouvement limité dans le plan de la figure 3, de la façon indiquée par les flèches de la partie supérieure de la figure. De plus, les mouvements du bras de levier 52 sont limités à la rotation ou oscillation autour d'une ligne imaginaire passant par les axes des éléments de flexion 88 et 90 et du bras de levier 52. Il doit être noté que ces éléments de flexion peuvent aussi avoir différentes autres formes, par exemple être des fils plats. 72 16201 2137S72 Ainsi que le montre la figure 5, l'extrémité du bras de levier 52 est percée et taraudée en 92 pour recevoir une vis à tête cylindrique à trou carré ou six pans 94. La vis 94 sert à retenir deux blocs plats 96 et 98 contre l'extrémité du bras de levier 52 et les surfaces voisines des 5 blocs 96 et 98 comportent des rainures semi-circulaires complémentaires dans lesquelles la tige de commande 24 est bloquée du fait du serrage de la vis 94 Ainsi que le montre la figure 1, l'ensemble à ajutage 18 est fixé dans la douille 32 et ses mouvements sont restreints par un manchon cylindrique 100 et deux fils de suspension 102. Les éléments essentiels de 10 l'ensemble 18 sont représentés sur la figure 6 et comportent un tube amont 104, un soufflet 106, un tube aval 108, un collier 110, un ajutage 112 et une bride 114. Le tube amont 104 comporte une extrémité engagée dans le passage d'entrée 34 de la façon représentée sur la figure 2. Le tube 104 comporte une collerette 117a à laquelle est fixée une extrémité du soufflet 106 dans lequel l'extrémité 15 du tube 104 pénètre sur une distance substantielle. Une collerette similaire 117b de l'extrémité du tube aval 108 est fixée à l'autre extrémité du soufflet 106 qui supporte le tube 108. Le tube 108 comporte aussi un collier annulaire 110 qui est fixé au tube et dont le diamètre est un peu inférieur au diamètre intérieur du manchon 100 (figure 1), et limite ainsi le mouvement de l'ensemble 20 à ajutage 18. Le collier 110 comporte aussi deux trous diamétralement opposés 117 dans lesquels sont fixés les fils de suspension 102. Il sera noté que le plan contenant les fils 102 est perpendiculaire au plan du mouvement désiré pour l'ajutage et qu^ par suite, ces mouvements ne sont pas gênés par les fils 102. L'ajutage 112 est fixé dans l'extrémité inférieure du tube aval 108 25 et la bride 114 est fixée sur l'ajutage. La bride 114 est formée de deux pièces en métal plat formant des gorges semi-circulaires pour entourer l'ajutage 112 et des rainures 118 pour la fixation de la tige de commande 24, les deux plaques étant assemblées, par exemple, par des vis. Le bloc distributeur 20 (représenté plus en détail sur 30 la figure 7) comporte un disque 120 et un bouchon 122. Le bord supérieur du disque 120 est chanfreiné pour s'adapter étroitement dans l'épaulement 26 dans la partie inférieure de la chambre 16. Le disque 120 comporte deux passages 124 et 126 pour le fluide arrivant à la surface supérieure du bouchon 122, mais étant inclinés en s.'éloignant l'un de l'autre à travers le disque. Le disque 120 est 35 placé sur l'extrémité supérieure du bouchon 122, les passages 124 et 126 du disque communiquant avec les passages 128 et 130 du bouchon 122. Les passages 128 et 130 se terminent par deux orifices 40 qui communiquent avec des passages de sortie formés dans le bloc 10 non représentés sur la figure 1, mais tels que le 72 16201 6 2137572 passage 42 de la figure 2. Le bouchon 122 comporte deux rainures circulaires 132 pour des bagues toriques, des joints statiques ou des joints équivalents, et un trou taraudé 134 à l'extrémité inférieure pour la fixation du bloc distributeur 20 de la plaque inférieure 30. L'alignement du disque 120 par rapport 5 au bouchon 122 est assuré par deux trous 136 et 138 et des broches de positionnement (non représentées). Il sera noté que 1'utilisation de deux amplificateurs fludiques est souvent désirable avec un appareil selon l'invention. Il est facile de voir que ces amplificateurs peuvent être incorporés de façon unitaire 10 dans un appareil selon l'invention en utilisant les plaques percées ayant chacune une entrée concordant avec la sortie correspondante pour le fluide du dispositif selon l'invention et chacune formée pour recevoir une douille supérieure de tourbillonnement, une douille inférieure de tourbillonnement et une sortie pour le fluide tourbillonnant, ainsi que les passages voulus pour le 15 fluide. Un système de commande complet selon l'invention avec deux amplificateurs fluidiques est représenté schématiquement sur la figure 8, avec un montage analogue à celui décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 82.749 du 21 octobre 1970. Bien entendu, la description qui précède n'est pas 20 limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 16201 7 2137572 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de position à frottements faibles pour l'utilisation avec une chambre sous pression dans laquelle est disposé un bras de levier, le bras de levier traversant de façon étanche un soufflet et étant couplé à un élément devanf être commandé, caractérisé par des 5 éléments de flexion sous tension supportant le bras de levier, ces éléments de flexion comportant deux fils tendus parallèles, les fils de chaque paire étant à égale distance du bras de levier sur les côtés opposés de celui-ci, et les paires de fils étant perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, l'axe commun pour les deux paires de fils définissant l'axe de pivotement du 10 bras de levier dans un plan unique. 2. Dispositif de commande de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de flexion comportent un support fixe monté rigidement dans la chambre et un support mobile voisin fixé rigidement au bras de levier, les paires de fils parallèles s'étendant entre le support 15 fixe et le support mobile. 3. Dispositif de commande de position selon la revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif commandé est un ajutage pour jet de fluide disposé dans une chambre contenant un bloc distributeur. 4. Dispositif de commande d'une position selon la revendication 3, 20 caractérisé en ce que le bloc distributeur de fluide comporte deux orifices disposés pour recevoir le fluide échappant de l'ajutage, ces orifices communiquant avec les conduits de sortie pour le fluide. 5. Dispositif de commande de position selon la revendication 4, caractérisé par une entrée pour le fluide et un conduit flexible pour le passage 25 du fluide vers l'ajutage et un dispositif limitant le mouvement de l'ajutage sauf dans le plan de déplacement du bras de levier. 6. Dispositif de commande de position selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif limitant le mouvement comporte deux fils parallèles espacés fixés à l'intérieur de la chambre contenant le bloc dis- 30 tributeur, autour du conduit flexible pour le passage du fluide et fixés aussi à l'ajutage, ces fils étant dans un plan perpendiculaire au plan contenant le bras de levier. 7. Dispositif de commande de position selon la revendication 6, caractérisé par un collier monté sur l'ajutage et un manchon monté dans la 35 chambre contenant le bloc distributeur et entourant le collier, le collier 72 16201 2137572 et le manchon empêchant les mouvements de l'ajutage sauf au voisinage des orifices du bloc distributeur. 8. Dispositif de commande de position selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par un amplificateur fluidique communiquant avec chaque conduit de sortie pour le fluide.