Brevet FR2356022A1 — publié le 19780120

Le secteur technique de l'invention est celui des mécanismes moteurs sous l'action d'un fluide comprimé. Dans de nombreux processus industriels, on est conduit à comprimer sous presse des matériaux de natures diverses. L'expérience montre que la qualité des produits obtenus ainsi que les moyens à mettre en oeuvre varient considérablement avec la dynamique du phénomène, c est-à-dire en fonction de la loi de variation de la pression exercée. Les phénomènes mis en jeu sont extrêmement complexes et il semble n'exister aucune théorie générale permettant de déterminer à l'avance la dynamique la plus favorable. On connatt toutefois, d'un point de vue qualitatif, la nature de certains phénomènes. C'est ainsi-que, très fréquemment, la substanee comprimée contient une phase liquide et une phase gazeuse et qu'elle se comporte comme un milieu poreux non saturé en équilibre. Lors de la compression, il y a rupture de l'équilibre et mise en mouvement des phases liquides et gazeuses en mAme temps que déplacement des grains les uns par rapport aux autres. De tels écoulements font intervenir des phénomènes physicochimiques et thermodynamiques multiples et complexes, qui évoluent dans le temps, il est donc certain que la loi de variation dans le temps de la pression exercée a une influence considérable sur ces écoulements et, par suite, sur les propriétés du produit obtenu après compression de ladite substance. On peut en outre noter que des variations relativement rapides de la pression exercée, en provoquant l'apparition de gradients, ont pour effet d'augmenter les déséquilibres physicochimiques, donc de faciliter les transferts au sein du milieu et, par suite, de favoriser le tassement de matière et l'évacuation des phases fluides en particulier des bulles d'air. Malheureusements l'état actuel des connaissances n'est pas suffisant pour prévoir à l'avance les conditions de compression les plus favorables pour un problème donné. On voit donc l'intérim qu'il y a à pouvoir exercer un effort de compression suivant une loi de variation dans le temps susceptible d'8tre ajustée à chaque type de problème. L'invention a principalement pour obJet de satisfaire une telle nécessité. Elle concerne à cet effet un procédé de régulation de la pression développée-dans un vérin par le refoulement d'une pompe, procédé selon lequel on module cette pression par l'intermédiaire de l'ajustage mécanique d'un écoulement de fluide en commandant par une logique l'alimentation du vérin actionné, ladite logique étant sous la dépendance de la variation précitée. Selon un mode de mise en oeuvre particulier, le réglage du débit et donc de la pression du fluide admis au vérin est effectué par voie mécanique et cette même voie mécanique réagit sur la commande logique précitée. I1 est avantageux que cette logique soit pneumatique. L'invention comprend également les mécanismes qui permettent la mise en oeuvre d'un tel procédé et plus spécialement les mécanismes dans lesquels on prévoit pour l'alimentation d1un vérin une pompe à haute pression à soupape de sQreté réglable, ladite pompe étant volumétrique et donc à caractéristique pression-débit sensiblement verticale. La variation mécanique du débit de fuite est déterminée entre un ajutage à lèvre mince et une membrane barrage appuyée sur un ressort par application sur ladite membrane, à ltopposé du ressort et dudit ajutage, d'une came rotative motorisée. La rampe de came détermine les variations de pression au cours d'un cycle d'application, à chaque tour de came. A la commande de cette came est liée une commande de logique pneumatique constituée de préférence par un volet pivotant calé sur l'arbre de came, volet auquel fait face un ajutage débitant de l'air comprimé qui alimente en parallèle un distributeur bistable et un distributeur monostable, ces derniers étant reliés entre eux par une porte ET à laquelle est également relié un circuit de signal pour commande, le distributeur bistable étant lui-mEme l'organe de commande d'un distributeur hydraulique interposé entre pompe et vérin. Ce distributeur hydraulique monostable, est à rappel elastique vers sa position de repos, à laquelle correspond l'alimentation en retrait du vérin de compresion, alors qu'en position active, est réalisée l'alimentation en expansion dudit vérin. Dans la réalisation du pilote à aJutage et membrane, un évent est prévu avec retour à la bâche du liquide débité par l'ajutage, sous la membrane, une dérivation capillaire amenant à un très faible débit du liquide à titre de lubrifiant, entre came et membrane. On dispose ainsi d'un ensemble comportant un circuit hydraulique qui fournit la puissance nécessaire à la compression de substances agrégées, d'un système hydromécanique susceptible de répondre à un programme portant sur le pilotage de la pression développée et d'une logique de commande simple et d'actionnement aisé. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés d'un exemple non limitatif de mécanismes selon l'invention, permettra de bien comprendre comment celle-ci peut Autre mise en pratique. La figure 1 montre un schéma de l'ensemble du dispositif. La figure 2 montre un diagramme représentatif de la caractéristique de la pompe et son clapet de protection, les pressions étant en ordonnées et les débits en abscisses. La figure 3 montre en coupe à plus grande échelle un dispositif de pilotage de pression à came. Dans l'ageneement considéré, une pompe à haute pression 1 est branchée entre une bâche d'aspiration 2 et un tube de refoulement 3. I1 s'agit d'une pompe volumétrique associée d'une part à un moteur 4 et d'autre part à un clapet de sécurité 5 automatique, s'ouvrant en cas de surpression limite et dérivant alors le débit de la pompe à la bâche 2a. Comme on le voit sur la figure 2, pour une pression Po, le débit QO est obtenu. La caractéristique 6 pression-débit montre que ce débit est très peu variable (sn légère diminution, à pression croissante à partir d'une pression nulle jusqu'à la pression PO où est atteinte la valeur de débit QO. Le débit à pression P nulle est très peu supérieur. A partir de la pression PO, peut s'ouvrir le clapet 5 qui aboutit à une ouverture complète pour une pression Pmpy pour laquelle le débit devient nul, tout retournant à la banche 2a par ledit clapet 5 ouvert. Dans ces conditions, le contrôle de la pression, difficile, n'est pas utilisable. Sn faisant travailler cette pompe 5 sur la partie quasi verticale 6 de la caractéristique, il est possible de faire varier la pression dans de larges limites, tout en conservant le débit d'une telle pompe à une valeur pratiquement constante. Cette pompe alimente en conséquence par un distributeur 7 les deux extrémités d'un corps 8 de vérin à piston 9 et tige 10, ainsi qu'en parallble un ajutage Il de pilote de pression surmonté par une membrane 12, laquelle tend à être repoussée à distance de l'ajutage par un ressort 13, mais cette membrane est commandée par la tranche profilée d'une came 14 directement appuyée sur ladite membrane, au droit de l'ajutage et face à ce dernier. Comme on le voit sur la figure 3, la membrane 12 est montée en tête d'un pot 15 qui contient le ressort 13 et dont le fond est traversé par la tubulure d'alimentation terminée par l'ajutage 11, à livre mince 16. Cet ajutage est disposé perpendiculairement à la membrane 12, dans l'axe du ressort 13 et le débit qu'il délivre est ainsi une fonction régulière de l'écart entre lèvre 16 et paroi en regard de la membrane 12. Le fond du pot est en outre pourvu d'un tube évent 17 de retour de liquide à la banche. Un corps 18 surmonte le pot 15 en réalisant l'assemblage à pincement intermédiaire avec la périphérie de la membrane 12 qui se trouve ainsi constituer une poutre encastrée. Ce corps contient la came 14 et son axe 19 traverse la paroi du corps dans un palier étanche convenable. Ce corps est réuni dans sa partie creuse avec l'intérieur du pot par une tubulure de retour 20 qui contourne le joint. Une dérivation 21 est prévue sur le conduit d'amenée de liquide à l'ajutage 11, pénètre dans le corps 18 et offre un ajutage fin 22 au voisinage du contact entre came et membrane, afin d'assurer en ce point le graissage voulu. L'axe 19 de came est entratné par un renvoi à pignons 23 grEce à un moteur 24. Get axe porte un disque 25 à dent formant palette et au voisinage de ce disque 25 est prévu un ajutage 26 de débit d'air comprimé, varié en fonction de l'éeart entre dent ou palette et axe d'ajutage, ou présence de cette dent en regard. Cet ajutage est relié par canalisation 27 à un raccord 28 sur une source d'air comprimé. A cette canalisation 27 sont reliées deux branches, l'une 29 qui aboutit à un clapet monostable 30,1'autre dont il sera question ci-après. Ce clapet monostable 30 est relié à un raccord 31 de liaison avec une source d'air eomprimé d'une part et d:autre part à une canalisation 32 de liaison à l'une des entrées d'une porte pneumatique ET 33 dont l'autre entre est reliée à une canalisation 34 de jonction avec une valve génératri- ce d'un signal m. Il s9agtt là en général d'un clapet sensitif relié à une source d'air comprimé.Cette porte 33 est reliée par une canalisation 25 entre sa sortie et un distributeur 36 pneumatique bistable interposé entre un raccord 37 à une source d'air comprimé et une canalisation 38 de communication avec l'alimentation à l'action du mobile d'un distributeur inverseur 39 monostable. Ce mobile est rappelé par un ressort en position de repos, dans laquelle il effectue la liaison entre la tubulure de refoulement 3 et la chambre de retraction du piston 9 dans le corps 8, alors que la chambre d'expansion est-reliVe à un échappement 40 à la bâche. Dans la position active au contraire, ce distributeur réalise la jonction entre refoulement 3 et chambre d'expansion du vérin, alors que la chambre de rétraction est reliée à l'échap- pement 40. Partant de la position de repos de ce distributeur, telle que montrée sur la figure 1 et lorsque la dent du disque 25 est en regard de l'ajutage 26, le débit de fuite ainsi limité de cet ajutage crée une augmentation de pression dans la branche 29, ce qui fait passer à l'état actif le distributeur 30. La porte 33 s'ouvre si un signal m parvient en mAeme temps à son entrée 34, activant d'un signal Z par la liaison 35 le distributeur bistable 36. La dent du disque 25 ayant quitté la situation en regard de l'ajutage 26, le distributeur 30 monostable retombe en position de repos, ce qui entratne la fermeture de la porte 33 sans que rien ne soit changé dans l'état aetif stable du distributeur 36. Cet état actif assure la liaison entre le raccord 37 et le distributeur 39 qui devient actif. Ce dernier réalise ainsi la liaison motrice d'actionnement du piston 9. Au cours de sa rotation et grâce au profilage de sa tranche, la came fait varier, par appui sur la membrane 12, en opposition au rappel élastique de cette dernier, renforcé de celui du ressort 13, l'ampleur du Jeu e entre membrane et tranche d'ajutage Il. Ceci fait varier de façon inverse à la valeur de e la valeur de la pression développée dans le vérin 8 sur le piston 9 : plus ce Jeu e est faible, plus le débit de la pompe diminue alors que le piston 9 est sensiblement arrêt par exécution de la compression sur la substance à traiter. On peut constater sur le diagramme de la figure 2 qu'une faible variation de débit de pompe peut amener une variation considérable de la pression au refoulement, les conditions de fonctionnement correspondant à la branche verticale ou sensiblement telle de cette courbe 6.Lorsque la came 14 a effectué un tour, la liaison de cette came avec le disque 25 étant directs, la dent ou palette de ce disque revient face à l'ajutage 26. La pression d'air remonte dans la branche 29 de canalisation ainsi que dans le distributeur 30 qui devient actif sans toutefois pouvoir effectuer l'ouverture de la porte 33 dont l'entrée 34 n'est pas alimentée. La surpression développée au niveau de l'ajutage 26 est transmise à une seconde branche 42 de dérivation vers le distributeur bistable 36 qui est alors ramené à sa position opposée de stabilité, ce qui rappelle au repos, sous l'action de son ressort 41, le mobile du distributeur 39 à la mise à l'échappement de la canalisation 38. Le piston 9 recule jusqu'à sa rin de course, en butée, position pour laquelle la soupape de sécurité 5 peut jouer. A ce retour pourrait correspondre un arrêt du moteur 24 si besoin est, la remise en marche de ce dernier pouvant se faire à l'apparition du signal de commande m dans la canalisation 34. On pourrait y faire correspondre aussi un arrêt du moteur 4 d' n- tratnement de pompe avec remise en route commandée de même. I1 convient de remarquer que le système ci-dessus décrit comporte des éléments connus en hydraulique et en logique. Leur assemblage toutefois les combine en vue de leur coopération destinée à l'obtention des résultats ci-dessus énoncés. Par ailleurs, l'ensemble de pilotage qui apparatt plus spécialement sur la figure 3 est constitué par système busepalette commandée par came, cette dernière pouvant être de profil changé selon la loi de variation de pression qui doit être développée derrière le piston 9. Cette came est en contact lubri- fié avec la palette en cause réalisée sous forme d'une membrane métallique encastrée, équilibrée par le ressort 13 coaxial à l'ajustage 11, ce dernier étant monté par vissage dans le fond du pot 15 avec blocage par contre-écrou, en vue du réglage de l'écart e initial. Si l'on dispose d'une pompe 1 fournissant une pression minimale de 10 bars avec un débit maximum Qmax de l'ordre de 30 dm3/mn pour une huile offrant une masse volumique de 880 Kg/2, à température et viscosité correspondantes normales, le calcul verifiS par l'expérience montre que le diamètre de sortie de l'ajutage 11 doit être égal à 4,2 mm. En pratique, l'action de la membrane 12 commence à se faire sentir dès que l'écart e devient inférieur au quart du diamètre de l'ajutage, c'est-à-dire deseendant au-desssous d'une valeur e = 1,05 mm. Le tableau ci-aprbs donne une correspondance entre diverses valeurs d'écart e et les pressions P développées pour les conditions ci-dessus. e = I xm P = 10 bars e = 5/10 P = 40 bars e = 25/100 P = 160 bars e = 20/100 P = 250 bars Le taillage précis de la came permet d'obtenir les variations indiquées dans les limites ci-dessus mentionnées. Par ailleurs, le réglage de la vitesse de rotation de case, par exemple par changement de la raison du train de pignons 23, permet d'étaler dans le temps souhaité l'exécution du cycle voulu. On peut ainsi obtenir n'importe quelle forme de loi de variation de cette pression en fonction du temps. Si le piston 9 et la tige 10 du vérin sont attelés à un poussoir de fermeture de moule contenant par exemple une substance pulvérulente à traiter à l'intérieur d'un tel moule, on peut constater qu'au cours de la fermeture mAeme du moule, on peut appliquer toute variation de pression voulue à la substance en cause. I1 va de soi que sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites. Certains éléments ci-dessus mentionnés pourraient être modifiés ou même remplacés par d'autres, faisant utilisation de technologies différentes, mais respectant néanmoins les conditions fonctionnelles précitéea.C'est ainsi qu'une logique électronique ou électromécanique ou même encore une logique hydraulique, pourraient remplacer la simple logique de commande à air comprimé précitée. Dans tous les cas d'application, il est possible d'établir n'importe quelle loi de variation d'une pression dans le temps, dans le but d'une amélioration de la qualité et des conditions de production de produits obtenus par compression. Ces applications sont notamment celles qui concernent les fabrications mentionnées dans le brevet français nO 70/27 394 sans nul le ment y être limitées. REVENDICATIONS 1.- Procédé de variation de la pression d'un fluide hydraulique au refoulement d'une pompe volumétrique branchée sur un vérin dont la tige est en appui sur une substance à comprimer, caractérisé par le fait qu'on fait varier le débit d'une fuite établie sur ledit refoulement, selon des valeurs commandées et fonction du temps au moyen d'une logique de commande. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait varier le débit de fuite par des moyens mécaniques. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on détermine le débit de fuite par variation d'une distance entre un orifice et une palette disposée en regard, sous l'ac- tion d'une came. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 i 3, caractérisé par le fait que le déclenchement des variations du débit de fuite est sous la dépendance de la logique de commande déterminant l'actionnement dudit vérin et, en cas de besoin, celui de ladite came ainsi que celui de ladite pompe. 5. - Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qutil comporte une pompe volumétrique à soupape de sareté réglable, dont le refoulement aboutit à un distributeur inverseur d'aliaentation et mise à l'échappement des chambres d'un vérin à double effet, le refoulement de ladite pompe comportant en dérivation une branche d'alimentation d'un ajutage de fuite, en regard duquel est disposée une membrane, dont la distance à l'ajutage est variée sous l'action d'une came à entratnement motorisé. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'ajutage à lèvre mince est associé à un agencement de réglage de sa position préalable à distance de la membrane. 7. - Dispositif selon là revendication 6, caractérisé par le rait que ladite membrane est ecastrée sur son support et ap puyee sur un ressort coaxial à l'ajutage. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que la came rotative est entratnée par un moteur avec interposition d'un train de transmission à raison prédéterminée, susceptible entre variée 9.- Dlspositit selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la came est solidaire dun index dont la position intervient dans la commande d'un circuit logique permettant de déterminer, en fonction d'un signal de marche, la position du distributeur inverseur d'alimentation de vérin. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le circuit logique est un circuit comportant, à partir d'un organe sensible de la position dudit index, un distributeur monostable et en parallèle un distributeur bistable, ledit distributeur monostable étant relié i l'une des entrées d'une porte ET dont l'autre est reliée à un organe fournissant un signal de marche, alors que la sortie de porte est reliée au second distributeur bistable sur sa seconde entrée, la sortie de ce dernier étant reliée au distributeur inverseur monostable de vérin 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que, la logique étant pneumatique, l'index est une dent de disque susceptible d'être amenée en regard d'un orifice calibré débitant de l'air comprimé, les deux distributeurs bistable et monostable étant branchés par leurs entrées en amont dudit orifice.