Brevet FR2180798A1 — publié le 19731130

T'invention concerne un régulateur de courant volumétrique, de préférence pour des installations de traitement d'air Les régulateurs de courant volumétriques sont connus sous différentes formes de réalisation et trouvent de multiples utilisations dans les installations de traitement d'air, notamment dans les installations d'air conditionné. Ils peuvent, cependant, entre employés dans d'autres domaines, par exemple dans 1'industrie chimique. Un régulateur de courant volumétrique connu présente un tube muni d'un étranglement, dans lequel fait saillie un corps de forme aérodynamique, qui est disposé coaxialement à l'axe du tube et est déplaçable axialement contre l'action de moyens élastiques antagonistes, de sorte que le courant de gaz qui traverse le tube est étranglé plus ou moins fortement suivant la position de ce corps. Ce régulateur de courant volumétrique a entre autres inconvénients celui de dépendre d'une position et sa précision de réglage laisse à désirer dans de nom breux cas. D'autres régulateurs de courant volumétrique connus travaillent avec des clapets orientables disposés dans un canal. Ces régulateurs de courant volumétriques dépendent aussi d'une position et n'ont qu'une précision de réglage relativement faible. ;'invention a pour objet de créer un régulateur de courant volumétrique convenant, en particulier, pour des installations de traitement d'air ou pour des installations analogues, qui ait une construction simple et un fonctionnement str, des propriétés de régulation favorables et aussi d'autres avantages, et qui puisse entre agencé sans difficulté, si désiré, de telle sorte qu'il soit indépendant d'une position et puisse, par conséquent, etre placé dans une position quelconque. À cet effet, l'invention concerne un régulateur de courant volumétrique, de préférence pour installations de traitement d'air, régulateur caractérisé en ce quel présente au moins une roue orientable, sur laquelle agissent des agents de rappel, le moment de rappel qu'ils exercent sur la roue dépendant de la position angulaire de celle-ci, la roue présentant au moins un canal de gaz, qui dévie et/ou accélère le gaz qui le traverse dans une direction exerçant sur la roue un moment de rotation dirigé en sens inverse du moment de rappel, un écran fixe occultant le canal de gaz et modifiant sa section transversale libre d'entrée ou de sortie en fonction de la position angulaire de la roue. Le moment de rotation Ng exercé sur la roue par le courant de gaz par son changement de direction et/ou son accélération est égal à l'accroissement du moment d'impulsion. On a où r est le bras de levier, q la masse et WU les composantes de la vitesse perpendiculairement au bras de levier. Ces rapports correspondent, en principe, à ceux des appareils à force centrifuge. La roue peut présenter une forme quelconque, le canal ou les canaux étant agencés de telle sorte que le gaz qui les traverse exerce un moment de rotation sur la roue. Bien que des canaux de gaz rectilignes soient également possibles et dans certains cas appropriés, il est prévu, de préférence, des canaux de gaz incurvés, ce par quoi il peut dtre prévu, de préférence, que le courant de gaz s'écoule essentiellement dans les canaux de gaz parallèlement à l'axe de rotation de la roue et soit changé de direction dans ceux-ci d'environ 900, de manière qu'il sorte des canaux de gaz essentiellement dans une direction perpendiculaire au bras de levier de son moment d'impulsion exercé sur la roue.Suivant une forme de réalisation pré férée, il est prévu que la roue présente un disque plan avec au moins une admission de gaz conduisant dans un canal de gaz, dont le plan d'admission est dirigé perpendiculairement à l'axe de rotation de la roue, et que l'écran soit disposé immédiatement en amont de ltadmîssion de gaz. Par le fait que le courant de gaz exerce un moment de rotation sur une roue, ce régulateur de courant volumétrique peut entre construit sans problème de telle sorte qu'il travaille indépendamment d'une position. Il est pour cela nécessaire de placer le centre de gravité de la roue dans l'axe de rotation de celle-ci. Les forces de rappel agissant sur la roue peuvent être produites au mieux par des agents élasti ques. D'autres agents de rappel sont, cependant, possibles, par exemple des agents de rappel agissant électromagnétiquement, avec des agents de rappel travaillant par gravité ou dans certains cas le moment de rappel peut aussi étre produit par le fait qu'on prévoit le centre de gravité de la roue à une certaine distance de son axe de rotation. Le nouveau régulateur de courant volumétrique permet d'obtenir une grande précision de réglage. Par ailleurs, ses éléments constitutifs peuvent étre fabriqués en série pour un faible colt. La roue présente au mieux une pluralité de canaux de gaz. Les bords de commande des écrans et les délimitations des admissions ou des sorties des canaux de gaz plus ou moins largement chevauchés par les écrans en fonction de la position angulaire de la roue sont à former de telle sorte qu'ils donnent le réglage désiré. D'une façon générale, il est indiqué de munir les écrans, au moins sur une partie de leur longueur, de bords de commande recourbés. Les délimitations formant de meme des bords de commande des admissions ou des sorties des canaux de gaz peuvent aussi recevoir à cet effet une forme recour- bée. Il est généralement avantageux et suffisant de donner seulement à l'un des bords de commande d'un canal de gaz agissant simultanément et de l'écran adjoint une forme recourbée, de préférence, dans 1 'ensemble, parabolique. I1 s'est révélé particulièrement favorable de modifier le bras de levier moyen du moment d'impulsion résultant exercé sur la roue en fonction de la position angulaire de celle-ci, de préférence de l'augmenter avec l'angle de rotation de la roue. Si l'on désire un moment d'im- pulsion particulièrement élevé, on peut, en addition à un changement de direction du gaz,prévoir aussi une accélération de celuici dans le canal, l'accélération étant obtenue par un étranglement constant de la section transversale dans le sens descendant du courant. I1 est également avantageux et suffisant que le régulateur de courant volumétrique ne présente qu'une seule roue. Eventuellements on peut monter en parallèle deux roues ou plus avec les écrans et les agents de rappels adjoints. Un problème particulier de l'invention était d'agencer le régulateur de courant volumétrisue de telle sorte qu'il soit réglable d'une manière simple à des valeurs théoriques différentes, de préférence d'une manière stable. Confor- mement à l'invention, ileàt prévu à cet effet pour le réglage de la valeur théorique,des agents qui modifient d'une manière prédéterminée, de préférence simultanée, aussi bien le moment de rappel initial que la grandeur suivant laquelle se modifie le moment de rappel en fonction de l'angle de rotation de la roue.Dans l'emploi d'agents élastiques comme agents de rappel, on peut prévoir d'une manière appropriée que des moyens soient prévus pour le réglage de la position d'un point de serrage déterminant la longueur élastique efficace et la précontrainte élastique des agents élastiques. On obtient, de cette manière, que pour chaque valeur théorique réglée un réglage stable soit obtenu. Il est facile de déterminer par le calcul, dans chaque cas particulier, dans quel rapport ou d'après quelle fonction la constante élastique et la précontrainte élastique doivent être modifiées pour le réglage de la valeur théorique. I1 peut titre prévu, de préférence, que la constante élastique et la précontrainte élastique soient modifiées proportionnellement au carré de la valeur théorique.Ceci s'effectue avec les agents élastiques d'une manière simple par le réglage de la longueur élastique efficace, éventuellement en conjonction avec une modification de la courbure dans la position initiale de la roue. les agents élastiques peuvent, de préférence, recevoir la forme de ressorts de lames ou, dans de nombreux cas, d'une manière appropriée, la forme de ressorts hélicoldaux. Dtautres formes de ressorts sont également possibles. L'invention sera mieux comprise gracie à la description ci-après et aux dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'une installation d'air conditionné à deux canaux, - la figure 2 est une représentation en perspective d'une chambre de l'installation d'air conditionné de la figure 1 à échelle agrandie et dont le couvercle a été enlevé pour qu'on en voie l'intérieur, - la figure 3 est une vue avant agrandie du régulateur de courant volumétrique constitué conformément à l'invention et se trouvant dans la chambre représentée sur la figure 2, - la figure 4 est une coupe partielle à travers la figure 3 vue le long de la ligne de coupe 4-4. - la figure 5 est une vue du régulateur de courant volumétrique d'après la figure 3, mais la roue se trouvant dans sa position finale la plus -éloignée de la position initiale. - la figure 6 est une coupe partielle à travers la figure 5 vue le long de la ligne de coupe 6 - 6. - la figure 7 est une vue arrière du régulateur de courant volumétrique d'après la figure 3. - la figure 8 est une coupe à travers la figure 7 vue le long de la ligne de coupe 8 - 8. Sur la figure 1 est représentée schématiquement en coupe une installation d'air conditionné à deux canaux, qui présente un canal principal 10 venant d'une installation centrale de traitement d'air non représentée, dans lequel est disposé un ventilateur 11. En aval du ventilateur 11, le canal principal se divise en deux canaux séparés 13, 14, à proximité de l'entrée desquels est disposé échangeur de chaleur 15, 16. L'échangeur de chaleur 15 sert au refroidissement et l'échangeur de chaleur 16 au chauffage de l'air. De chaque canal 13, 14, se ramifient des canaux de dérivation 17, 18 allant à chaque local de l'immeuble qui est à alimenter en air climatisé. On a simplement représenté deux de ces canaux de dérivation, lesquels débouchent dans une chambre 19, deux clapets étant réglables en sens opposé au moyen d'un dispositif de réglage 20 commandé par des thermostats non représentés, pour agir sur le dosage de l'air venant des canaux de dérivation et entrant dans la chambre 19 et en régler la température.La chambre 19 est divisée en deux compartiments 24, 25 par une cloison de séparation 23, un régulateur de courant volumétrique conforme à l'invention étant disposé dans une ouverture de la cloison de séparation ; ce régulateur règle le courant volumétrique de l'air qui est soufflé au moyen d'un diffuseur d'air 22 dans le local en cause de ltimmeuble. Le compartiment 25 comporte des amortissements de bruit 28 de type classique. La chambre 19 est représentée graphiquement sur la figure 2 sans son couvercle. Le régulateur de courant volumétrique 26 logé dans la cloison de séparation 23 est décrit dans ce qui suit avec plus de détails en s'appuyant sur les figures 3 à 8. Le régulateur de courant volumétrique 26 présente une plaque de base 30, sur laquelle est fixé un palier 32 au moyen de jambes de force 31, palier sur le moyeu duquel est montée une roue orientable 33, qui présente huit canaux de gaz 34 coudés à 900, dont les entrées 35 sont les évidements en forme de segment d'un disque plan 36 de la roue 33 et qui ont des cotés longitudinauxrectilignes 37 s'étendant radialement. Des capots 39 en forme de quart de cercle dans leur section transversale sont disposés contre les entrées 35, dont les orifices de sortie sont plans et ont la forme visible sur la figure 8, c'està-dire que l'ouverture de chaque sortie va en s'agrandissant constamment dans la direction radiale s'écartant de l'axe de rotation de la roue.Ces sorties 38 des canaux de gaz 34 sont dirigées perpendiculairement aux entrées 35, de sorte que l'air qui s'écoule à travers les canaux de gaz 34 exerce sur la roue 13 un moment de rotation, du fait de son moment d'impulsion résultant, et que cette roue est suceptible de tourner contre ltaction d'un ressort à lames 41 exerçant un moment de rappel. Ce moment de rotation est d'autant plus important que la vitesse d'écoulement de l'air hors des canaux de gaz 34, la masse d'air en fonction du temps et le bras de levier moyen du courant d'air dévié sont plus élevés. Sur le support 32 est fixé un disque à écrans plan 42 en forme d'étoile immédiatement en face du disque de roue 36 et parallèlment à celui-ci, lequel présente un nombre d'écrans 43 dirigés radialement correspondant au nombre des canaux de gaz 34. Ces écrans présentent des bords de commande 44s chaque bord de commande présentant d'abord, à partir de l'extrémité libre de l'écran concerné, une courte portion rectiligne, radiale par rapport à la roue, puis une forme approximativement parabolique, telle que celle qui est représentée. Les côtés latéraux 37 délimitant les entrées de gaz 35 agissent simultanément avec les bords de commande 44 pour le réglage dépendant de l'angle de rotation de la section transversale libre des entrées de gaz 35. Ces cotés latéraux seront également qualifiés dans ce qui suit de bords de commande. Toutes les entrées de gaz 35 sont constituées d'une manière identique et sont disposées au; mêmes intervalles angulaires. Ceci vaut aussi pour les écrans 43. La roue 33 est équilibrées de sorte que le régulateur de courant volumétrique est indépenzant d'une position et peut, par suite, etre monté dans une position quelconque sans nuire à sa précision de réglage, ce qui est important et avantageux. Ainsi qu'il ressort des figures, les bords de commande 37 et 44 sont agencés de telle sorte que le bras de levier moyen du moment d'impulsion de l'air qui traverse les canaux de gaz est une fonction de l'angle de rotation de la roue. Dans cet exemple de réalisation préféré, ce bras de levier augmente avec l'angle de rotation. La roue 33 ne peut tourner que dans une plage angulaire relativement étroite. La position Initiale de la roue représentée sur la figure 3 est déterminée par une butée 45 disposée sur la roue 33 et qui se trouve tout contre la jambe de force 31 voisine, sur laquelle elle prend appui sous l'action du ressort. L'autre position limite de la roue est représentée sur la figure 5 et est déterminée par la butée 46 en forme de tige, servant aussi d'appui à l'extrémité libre du ressort 411 contre laquelle s'aboute l'écran qui lui est adjacent sur la figure 5. L'angle de pivotement de la roue 33 est ici délimité approximati- vement par la plage angulaire qui correspond à I'intervalle angulaire des deux bords de commande 37 d'une entrée de gaz 35. Lécartement entre les écrans 43 et le disque de roue 36 est aussi petit que possible. Ils ne doivent cependant pas se toucher, afin que la roue puisse tourner pratiquement sans frottement. Les bords de commande indiqués 37 et 44 sont ainsi agencés et disposés, et le moment de rappel exercé par le ressort à lames sur la roue 33 et se modifiant approximativement linéairement avec la position angulaire de la roue est ainsi atteint qu'à densité de gaz constante les fluctuations qui se produisent dans le fonctionnement des pressions d'air dans les deux compartiments 24, 25 de la chambre 19 (figures 1, 2) ne modifient pas le courant volumétrique dans le temps; mais la roue 33 est ainsi réglée dans chaque cas que ce courant volumétrique demeure à peu près constant. Quand les fluctuations de la densité du gaz se produisent9 elles peuvent, il est vrai, agir sur la grandeur du courant volumétrique, mais leur influence est faible. Conformément à l'invention, la précontrainte, correspondant à la position initiale de la roue 33 représentée sur la figure 3 du ressort à lames 41, et sa constante élastique 6 sont réglables pour obtenir le réglage stable de la valeur théorique du courant volumétrique à régler. A cet effet, le ressort à lames 41 prend appui sur une partie de sa longueur sur une surface d'appui fixe 50, qui dans cet exemple de réalisation est représentée comme une surface plane, mais qui peut aussi avoir éventuellement une allure courbe dans le sens longitudinal, au cas où ce serait nécessaire pour le réglage désiré du courant volumétrique à différentes valeurs théoriques. L'estrémité arrière du ressort à lames 41 est fixée par rivet en 52 sur cette surface d'appui. Pour le réglage de la prétension et de la constante élastique du ressort à lames 41, il existe un dispositif de serrage 51 déplaçable dans la direction longitudinale du ressort 41 et serrable à bloc en n'importe quel point, et qui fixe le ressort 41 sur la surface d'appui 50 de telle manière que la longueur élastique efficace est déterminée, dans chaque cas, par l'écartement entre ce dispositif de serrage 51 et la butée 46 due la roue servant de point d'appui au ressort. De manière appropriée, la surface d'appui 50 se trouve, comme représenté, à une certaine distance de l'axe de rotation de la roue 33 du côté de l'axe de rotation opposé à l'extrémité libre du ressort à lames. Cette surface d' appui 50 est ainsi formée et disposée que la précontrainte du ressort pour le réglage de la valeur théorique se modifie par le seul réglage du dispositif de serrage 51 dans la direction longitudinale de cette surface d'appui 50, la constante élastique se modifiant simultanément proportionnellement au carré de là valeur théorique, de telle façon que pour chaque valeur théorique réglée le réglage stable est obtenu. Ce régulateur de courant volumétrique travaille comme suit : Supposons qu'une valeur théorique déterminée ait été réglée par la position correspondante du dispositif de serrage 51. Pour que le moment d'impulsion résultant du courant d'air qui s'écoule à travers la roue atteigne cette valeur, il est nécessaire, pour produire ce courant d'air, qu'il y ait une différence de pression minimum entre les pressions d'air régnant dans les deux compartiements 24, 25 (figure 2).Si cette différence de pression s'accrofts la roue 33 est entraînée en rotation hors de sa position angulaire initiale (figure 3) dans la direction de la flèche A, ce par quoi les écrans 42 diminuent la section transversale libre des entrées de gaz 35, de sorte que la résistance que lwair éprouve en s'écoulant à travers le régulateur de courant volumétrique s'accrolt. Bes bords de commande 37, 44 sont, de plus, ainsi formés et la constante élastique du ressort à lames est ainsi réglée que dans toutes les positions angulaires de la roue entre ses deux points limites, résultant des diverses différences de pression d'air9 le courant volumétrique demeure à seu près constant.Ce régulateur de courant volumétrique est d'une précision telle qu'on peut disposer une échelle sur ou à côté de la surface d' appui 50 étalonnée en valeurs théoriques Etans donné que la roue 33 est pratiquement sans frottement, il est indiqué, pour éviter des vibrations dues à la torsion, d'amortir ces vibrations. Ceci est réalisée dans cet exemple de réalisation préferé, au moyen du dispositif d'amortissement 54 représenté sur la figure 7, lequel présente un levier à double bras 55 solidaire de l'arbre de la roue 33 à l'une des extrémités duquel est disposée la tige 56 du piston non représenté d'un moteur pneumatique à cylindre et piston, dont le cylindre 57 articulé sur la plaque de base 30 est orientable en 58. Un poids d'équilibrage 59 fait en sorte que le centre de gravité de l'unité composée du levier 55 et de la tige de piston 56 avec piston se situe dans l'axe de rotation de la roue 33. Cet amortissement est pneumatique, ce par quoi le piston est logé avec du jeu dans le cylindre 54 de telle sorte qu'il ne se produit pratiquement aucun frottement mécanique. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICÂTIONS 10) Régulateur de courant volumétrique, de préférence pour installations de traitement d'air, régulateur caractérisé en ce qu'il présente au moins une roue orientable, sur laquelle agissent des agents de rappel, le moment de rappel qulils exercent sur la roue dépendant de la position angulaire de celle-ci, la roue présentant au moins un canal de gasS qui dévie et/ou accélère le gaz qui le traverse dans une direction exerçant sur la roue un moment de rotation, dirigé en sens inverse du moment de rappel, un écran fixe occultant le canal de gaz et modifiant sa section transversale libre d'entrée ou de sortie en fonction de la position angulaire de la roue. 20) XCe-gulateur suivant la re vendication 1, caractérisé en ce que le cde de gaz présente un coude à 900. 30) Régulateur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la roue présente un disque plan avec au moins une entrée de gaz conduisant dans un canal de gaz, le plan d'entrée étant dirigé perpendiculairement à l'axe de rotation de la roue, et l'écran étant disposé immédiatement en amont de l'entrée de gaz. 40) Régulateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée du canal de gaz est une ouverture en forme de segment s'étendant radialement dans le disque de roue, dont les côtés longitudinaux sont rectilignes et dirigés radialement. 50) Régulateur suivant ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la roue présente une pluralité de canaux de gaz de meme forme disposés aux mêmes intervalles angulaires, qu'occultechaque fois un écran, et en ce que les bords de commande de tous les écrans étant formés de la même manière. 60) Régulateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour le réglage de la valeur théorique du moment de rappel, il est prévu:des moyens qui modifient d'une manière prédéterminée, de préférence simultanée, aussi bien le moment de rappel initial que la grandeur selon laquelle se modifie ldblmoment de rappel en fonction de l'angle de rotation de la roue. 70) Régulateur suivant lune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les forces de rappel sont exercées par des moyens élastiques. 80) Régulateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens élastiques comportent un ressort à lames. 90) Régulateur suivant 1 'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour le réglage de la position d'un point de serrage déterminant conjointement la longueur élastiqueSefficace et la précontrainte élastique des moyens élastiques.