Brevet FR2134211A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne, de manière générale, les dispositifs de controle de la vitesse de rotation des machines tournantes. Elle s'applique en particulier aux machines que la sécurité exige de faire fonctionner dans une gamme de vitesses déterminée, tout écart en dehors de cette gamme devant être signalé aussi t3t que possible pour permettre de prendre les mesures nécessaires ou pour en provoquer automatiquement la mise en oeuvre. C'est là le cas, en particulier, des ventilateurs de soufflage qui alimentent en air comburant les groupes de génération de vapeur, et dont la vitesse ne doit pas tomber au-dessous d'un seuil déterminé. Certains modes de contrtle existants font appel à un tachymètre. Celui-ci nécessite généralement une transmission par chat- ne, qui présente des risques de rupture intempestive. le générateur du tachymètre est une pièce conteuse, qu'il faut remplacer de temps en temps. On a proposé aussi de contrôler la vitesse de rotation par capteurs magnétiques à courants de Foucault Ceux-ci exigent une source de courant électrique, et conviennent mal à certaines installations, en particulier raffineries, ce qui est d'ailleurs également le cas pour les contrôles de vitesse tachymétriques. les appareils de contrôle de vitesse par cellule photoélectrique dont on a envisagé l'utilisation, présentent des risques de mauvais fonctionnement, à cause de la possibilité d'un déport de poussières sur le viseur optique. En vue d'éliminer ces inconvénients, la présente invention a pour objet de réaliser un dispositif de contrôle du type susmentionné, qui soit simple et peu motteux à construire, qui ne nécessite pas d'entretien, qui puisse fonctionner sans faire appel à une source de courant électrique, et qui puisse être exposé aux poussières et intempéries sans perdre de sa fiabilité. L'invention propose à cet effet d'utiliser un fluide comme support d'information de vitesse et de commande de signalisation. elle tire ainsi parti du fait que les installations industrielles auxquelles elle s'applique disposent en général d'un fluide convenable, sous forme d'air sous pression, sec et déshuilé. Selon l'invention, on forme des ondes de pression dans un circuit de ce fluide, et on les livre, sous forme de signal pneu mastique, pour certains régimes de la vitesse ou'il s'agit de con tr8ler, à une cellule fluidique de détection ou de captage de vitesse pourvue d'une entrée et de deux sorties. En l'absence de signal pneumatique, le débit admis s'évacue entièrement par la sortie directe ; par contre, quand les ondes de pression sont en mesure d'agir sur la cellule de détection, le débit de sortie se fractionne entre les deux sorties, sous forme de deux débits pulsés complémentaires.Ces deux sorties sont raccordées aux deux côtés antagonistes d'une cellule fluidique formant bistable de commande d'appareil de signalisation, et servent à y produire deux états différents en fonction de la vitesse à contrôler, Cependant en -régime de rotation normal où l'entrée de la cellule fluidique de détection reçoit un train d'ondes de pression, le bistable passe alternativement d'un état dans un autre au rythme des impulsions activant ses deux entrées complémentaires. Pour obtenir un état permanent du bistable dans cette configuration de marche, il est indispensable d'inhiber l'une des entrées du bistable dont le choix dépendra de la sortie que lton désire obtenir. En d'autres termes, il faudra appliquer sur l'-entrée située du côté opposé à la sortie choisie du bistable, un train d'impulsions de forme identique à celui activant l'entrée située du même côté de la sortie sélectionnée. Pour ce faire, l'invention propose d' utiliser une deuxième cellule fluidique dite l'compensatrice" dont la sortie directe est raccordée à l'entrée adéquate du bistable. Convenablement, la cellule compensatrice, identique à la cellule de captage, regoit en permanence les ondes de pression engendrées dans le système, son entrée étant alimentée en parallèle avec celle de la cellule de captage, et sa sortie directe étant utilisée pour commander le bistable. Ceci permet d'effectuer à coup sflr le basculement du bistable à chaque manifestation et disparition des ondes de pression dans la cellule de captage. Avantageusement, une capacité volumétrique est interposée entre le bistable et l'appareil de signalisation, afin empêcher les battements. Selon un mode de réalisation, on produit les ondes de pression dans un circuit comportant deux branches adaptées à débiter à travers deux fentes respectives, angulairement et radialement décalées, ménagées dans un disque tournant, ces deux branches étant raccordées en série par une ligne intermédiaire à retard pneumatique. La première branche, alimentée par une source d'air comprimé, s'ouvre périodiquement à la circulation, à chaque pas sage de la fenêtre correspondante, et devient le siège d'ondes de pression qui sont transmises à la deuxième branche, avec un certain regard.La deuxiène branche n'est ouverte à la circulation qu'à chaque passage de la deuxième fenêtre au point de traversée correspondant. les ondes transmises à la deuxième branche ne peuvent donc traverses le disque que pour une certaine gai:ir'e de vitesses de rotation, cette gamme étant fonction de l'écart angulaire entre les deux fenetres, et par suite ae ia valeur du retard pneumatique. Ceci permet de commander l'arrivée d'un signal pneumatique à la cellule détectrice, en fonction de la vitesse de la machine que l'on désire controler. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront par ailleurs de la description que l'on va en donner ci-après, portant sur une réalisation pratiaue et représentée au dessin annexé. Sur ce dessin la figure 1 représente, en vue de face, un disque à fentes de contrôle de vitesse de rotation associé àun cavalier porte buse ; la figure 2 représente ces deux éléments en vue latérale la figure 3 représente schématiquement un ensemble de con trôle de machines tournantes, réalise selon l'invention. Sur les figures 1 et 2, un disque a est muni d'un bossage 2 à l'aide duquel il peut être fixé au moyen de trois vis sur un arbre appartenant à une machine tournante, ou mené par celle-ci. Le disque 1 a deux fentes 3, 4, allongées en forme d'arc de cercle. Ces deux fentes angulairement espacées l'une de l'autre sont situées sur des cercles de diamètre différent, la fente 3 étant la plus éloignée de l'axe du disque. Un cavalier 5 est adapté a être placé en poste fixe, de telle sorte que ses deux branches 6, 7 se trouvent placées de part et d'autre du disque i ; la branche 6, dite supérieure, a deux trous 8, 9 et la branche 7 a deux autres trous 10, Il respectivement alignés sur les trous 8 et 9. Les deux trous 8, 10 se trouvent sur le cercle balayé par la fente f au cours de la rotation du disque alors que les trous 'y et 1'1 sont situés sur le cercle balayé par la fente 4. Les deux trous 8, 1C reçoivent deux buses 8', 10' mutuellement alignées et ouvertes l'une vers l'autre. Les deux trous 9 et il reçoivent deux buses 9' et 11' orientées l'une vers l'autre de manière similaire. le disque 1 et les buses 8' à 11' sont représentés sur la vue schématique de la figure 3 et pour faciliter la lecture de ce schéma, la paire de buses 8', 10' et la paire de buses 9', 11' sont indiquées de part et d'autre de l'axe du disque contrairement à leur disposition réelle, telle qutelle apparait sur les figures 1 et 2. les buses 8' et 9' sont raccordées l'une à l'autre par une conduite 12 incorporant une ligne à retard pneumatique 13 destinée à assurer, avec un certain retard déterminé, la transmission d'ondes de pression le long de la conduite 12. Un conduit 14 alimente la buse 10' en air comprimé. Au cours de la rotation du disque 1, le jet émis par la buse 10' est transmis à la buse 8' à chaque passage de la fente 3 en face de ces deux buses. L'alimentation intermittente de la buse 8' qui en ré- sulte engendre des ondes de pression dans le conduit 12 et ces ondes sont transmises avec un certain retard "pneumatique " à la buse 9'. Par ailleurs, la coincidence spatiale de la fente 4 avec la paire de buses 9', 11' subit un certain retard par rapport à la coincidence spatiale de la fente 3 et des buses 8', 10'. Ce retard de coincidence est fonction de l'écart angulaire entre les fentes 3, 4 et de -la vitesse de rotation du disque 1. Pour une certaine gamme de vitesses dé rotation, le retard de coincidence spatiale et le retard de transmission pneumatique se correspondent et les ondes de pression arrivant à la buse 9' sont transmises à la buse 11' à travers la fente 4.Pour d'autres valeurs de la vitesse de rotation, il n'y a pas coincidence entre ces deux sortes de retard et les ondes de pression émises par la buse 9' frappent la face pleine du disque 1 et se dissipent sans se transmettre à la buse 11'. C'est là, le cas en particulier, si la vitesse de rotation tombe au-dessous d'une certaine valeur car, alors, les ondes de pression arrivent à la buse 9' avant que la fente 4 n'ait eu le temps de se mettre en face de celle-ci. L'ensemble de la figure 3 comporte, en outre, une cellule fluidique D de détection ou de captage munie d'une entrée dl, d' une sortie principale d2 et d'une sortie secondaire d3, ainsi que d'une entrée latérale d4 adaptée à recevoir un signal de commande sous forme d'admission fluide. La cellule D fonctionne suivant le principe de l'effet Coanda. En l'absence de signal d4, le fluide admis en dl s'évacue par la sortie principale d2. L'admission d'un signal en d4 a pour effet de dévier le débit d'évacuation vers la sortie secondaire d3 et cela, pendant la durée de ce signal. Si la cellule reçoit en d un signal périodique sous forme d'impulsions, le débit admis en dl se partage entre les deux sorties d2 et d3. Comme la durée propre de chaque impulsion est sen siblement inférieure à l'intervalle de temps entre impulsions successives, la majeure partie du débit s'évacue par la sortie principale d2. kutrement dit, en l'absence de signal d4, un débit de valeur unité, admis en dl, produit aux deux sorties d2 et d3 des débits respectifs égaux à 1 et 0, alors que s'il y a en d4 réception d'un signal pulsé, ces deux débits deviennent respectivement égaux aux nombres fractionnaires m et n, m étant plus grand que n et la somme de ces deux fractions étant égale à l' unité. Une deuxième cellule fluidique , dite de lestage, est iden- tique à la cellule D et comprend une entrée de fluide 11, une sortie de fluide principale 12, une sortie de fluide secondaire 13 et une entrée latérale 14. Une troisième cellule fluidique B formant bistable est munie d'une entrée de fluide b1, de deux sorties de fluide symétriques b2, b3, d'une entrée de commande b4, située d'un côté du bistable et de deux autres entrées de commande b5 et b6 situées du côté opposé. Le fluide admis en b1 s'évacue par b2 ou par b7 suivant la prédominance du signal b4 ou de la somme des deux signaux b5 et b6. les entrées de commande b4 et b5 sont respectivement raccor dées à la sortie principale d2 et à la sortie secondaire d3 de la cellule détectrice D. Quant à l'entrée de commande b6, elle est raccordée à la sortie principale 12 de la cellule de lestage L. De plus, l'entrée de commande d4 de la cellule D est reliée à la buse 11' et l'entrée de commande 14 de la cellule de lestage L est raccordée à la conduite 12 en aval de la ligne à retard 13 et en amont de la buse 9'. Le conduit 14, qui alimente la buse lO', est raccordé à une source d'air comprimé S, non représentée, par l'intermédiaire d' un détendeur 15. Les entrées de fluide dl, il et bl sont alimentées en parallèle à partir de cette même source S par l'intermé diaire du détendeur 15 et d'un régulateur de débit 16. La sortie b2 du bistable B est reliée à un commutateur pneumatique-électrique 17 par l'intermédiaire d'une capacité volumétrique 18. Le schéma de la figure 3 fait apparaître les diagrammes g 2 3 3 l2, qui donnent la forme des signaux émis respectivement par les sorties d2, d3 et 12. Le signal g 2 varie d'une forme pulsée de valeur moyenne m à la valeur uniforme I suivant qu'il y a ou non un signal d4. En même temps, le signal & varie d'une forme pulsée de valeur moyenne n à la valeur uniforme 0. Quant au signal > 2, il présente en permanence une forme pulsée de valeur moyenne m. Quand la vitesse de rotation de la machine tournante est comprise dans la gamme permise, les ondes de pression formées dans la conduite 12 sont transmises de la buse 9' à la buse 11' et parviennent sous forme de signal à l'entrée d4.Ceci a pour effet de former un signal pulsé de valeur moyenne m sur le côté droit et un signal pulsé de valeur n sur le côté gauche du bistable B. Le côté gauche reçoit en plus en permanence un signal pulsé de valeur m en provenance de la cellule L. Les signaux m et n complémentaires, agissant sur le côté gauche du bistable B s'ajoutent pour donner, aux défauts de synchronisme près, un signal de valeur uniforme égal à 1.Le signal de gauche étant prédominant, c'est par la sortie b2 que stévacue le fluide admis en b1 et ce fluide agit par l'intermédiaire de la capacité 18 sur le microcontact du commutateur 17, ce qui a pour effet de maintenir en fonctionnement un signal de "non alarme", indiquant que la machine fonctionne dans la gamme permise de vitesse Si la machine s'écarte de cette gamme, et plus particulièrement, si la vitesse s'abaisse au-dessous d'une valeur critique, le signal d4 disparate. Le signal b4 prend la valeur uniforme 1 sur le côté droit du bistable, alors que le signal agissant à gauche de ce bistable s'abaisse à la valeur m par suite de la disparition de l'entrée b5. Ceci a pour effet de mettre en action la sortie b3 du bistable B au lieu de la sortie b2, ce qui entraine l'effacement du signal de non alarme et prévient du fonctionnement anormal de la machine. L'ensemble ainsi décrit est facile à réaliser, peu coûteux et présente de bonnes garanties de fiabilité. Le fluide nécessaire à son fonctionnement peut être de l'air industriel sous pression dont on dispose généralement en abondance et que l'on n'a pas besoin de récupérer. La combinaison de deux cellules fluidiques identiques D eut L permet de former un signal prédominant de valeur 1, soit à droite, soit à gauche du bistable suivant les deux cas de fonctionnement du disque 1. Il est vrai que quand ce signal est obtenu par la combinaison des deux entrées b5 et b6, sa valeur peut être soumise à des irrégularités par suite d'un défaut de synchronisme entre les deux entrées, mais ces irrégularités sont extremement brèves et on trouve en pratique quelles ne gênent pas le fonctionnement du bistable tel qu'on vient de le décrire. Il en est de même des irrégularités de signalisation susceptibles de se produire par suite alun défaut de synchronisme entre les entrées b4 et b5. La capacité 18 Joue le rale de reservoir tampon destiné à amortir les brusques variations de pression. Elle contribue ainsi à éviter dans le commutateur pneumatique-électrique la présence de battements provenant d'un défaut de synchronisme entre les impulsions appliquées au bistable B. Ainsi qu'on l'a dit, le signal de non alarme, actionné par l'indicateur 17, s'efface quand la vitesse de la machine tournante s'écarte de la gamme permise. Il en est de même en cas de défaut de fonctionnement, tel que par exemple obstruction de buse ou autre, dans l'ensemble de l'installation de contrôle. De tels défauts de fonctionnement agissent ainsi dans le sens de la sécurité. REzVERnDICAl1IONS 1) Dispositif de contrôle de rotation d'une machine tournante, caractérisé par : un générateur d'ondes de pression en milieu fluide ; une cellule fluidique de détection, comportant une entrée raccordée à une source permanente de fluide et deux sorties, principale et secondaire, de fluide ainsi qu'une admission de signal adaptée à recevoir du générateur un signal pulsé, le débit d'entrée de la cellule s'évacuant entièrement par la sortie principale en cas d'absence de signal et se partageant, dans le cas contraire, entre les deux sorties sous forme de deux débits pulsés ; un moyen pour interrompre la communication entre le générateur et l'admission de signal dans certaines conditions de régime de vitesse de la machine ; une cellule fluidique formant bistable, avec une entrée raccordée à une source de fluide et deux sorties, l'entrée en action de l'une ou l'autre de celles-ci résultant de la prédominance de l'une ou l'autre de deux commandes d'état du bistable, respectivement réalisées par l'application au bistable des deux sorties de la cellule détectrice, et par l'application complémentaire d'un signal de lestage pour assister l'une desdites commandes ; et un appareil indicateur de l'état du bistable. 2) Dispositif suivant la revendication 1, dont le signal de lestage est constitué par une sortie d'une deuxième cellule fluidique. 3) Dispositif suivant la revendication 2, dont la cellule de lestage, identique à la cellule détectrice, est raccordée en permanence au générateur d'ondes, une des commandes du bistable étant activée par la sortie principale de la cellule détectrice, et 1' autre par la sortie secondaire de celle-ci, assistée de la sortie principale de la cellule de lestage. 4) Dispositif suivant une quelcqnque des revendications précédentes, dont les cellules sont alimentées en parallèle par une source de fluide commune. 5) Dispositif suivant une quelconque des revendications précédentes, dont l'appareil indicateur est un commutateur pneumatique-électrique, communiquant avec une des deux sorties du bistable, le cas échéant par l'intermédiaire d'une capacité volumétrique. 6) Dispositif suivant une quelconque des revendications précédentes, dont l'appareil indicateur est monté pour fournir un signal adapté à disparaître quand la vitesse de la machine s'écarte de la gamme de vitesse acceptable. 7) Dispositif suivant une quelconque des revendications précédentes, dont le générateur d'ondes et le moyen associé de rupture de communication comportent : un disque tournant attelé à la machine, présentant deux fentes en forme d'arc de cercle, angulairement décalées et situées sur deux cercles de diamètres différents ; un circuit comportant deux branches reliées en série par une ligne a retard, chacune desdites branches étant adaptée à débiter à travers une fente respective du disque, à chaque tour de celui-ci, une des branches étant alimentées par une source de fluide comprimé et l'autre~ étant reliée à l'admission de signal de la cellule de détection.