Brevet FR2343144A1 — publié le 19770930

L'invention concerne une installation pour commander l'air comprimé en particulier pour des freins à air comprimé de véhicules sur rails, du type comportant un réservoir à air comprimé, notamment un réservoir de contrle ou de commande d'installations à robinet du frein du mécanicien, contrtlé ou cortinandé en pression. tors de variations de la pression dans des systèmes pneumatiques ouverts ou fermés, des variations de la température apparaissent par suite des propriétés physiques des gaz. Si, dans un système, on souhaite modifier aussi rapidement que possible à une certaine valeur la pression et à maintenir celle-ci ensuite à une valeur constante, il intervient, après que soit atteinte la valeur souhaitée, une variation non souhaitée de la pression qui est due par des effets thermiques (par exemple un échange thermique entre le gaz et le réservoir sous pression. Dans des systemes pneumatiques à régulation de la pression, ceci a pour conséquence la nécessité d'un "postréglage" répété, alors que dans des systèmes pneumatiques régulés en pression, la valeur de la pression qui a été réglée change à nouveau. ainsi, dans des systèmes de freinage pneumatwque à action indirecte par exemple, un accroissement non souhaité de la pression intervient après un abaissement de la pression dans la conduite générale, provoquée par le robinet du frein du mécanicien, car ltair contenu dans la conduite de centrale ou de coninrtnde et qui est refroidi par expension, est à nouveau chauffé par la chaleur évacuée par les conduites et par les parois du réservoir. L'accroissement de la pression peut entraîner un desserrage complet et dangereux du frein, dans la position d'arrêt. Aussi, la presente invention a-t-elle pour objet une installation de commande ou de contrôle de l'air comprimé, du type rappelé en tête du présent mémoire, installation dans laquelle on peut éviter, dans de larges mesures, à l'intérieur du réservoir à air comprimé, des variations de pression dues à des effets thermiques, après le réglage d'une pression voulue, tout en évitant la nécessité de procéder à un postréglage de la pression ou de rendre un tel postréglage plus simple. Selon l'invention, ce résultat est obtenu grtce au fait que le réservoir contient un matériau de remplissage servant d'accunar- lateur thermique et possédant, du fait de sa surface importante par rapport à l'air, une grande capacité thermique, au moins à sa surface, la chaleur étant évacuée à l'environnement, et par le fait que le matériau de remplissage oppose à l'air comprimé une résistance très faible. Avec un réservoir conforme à l'invention, on peut également résoudre le problème susmentionné par un organe de commande à valeur de retard réglable pour commuter, avec retard, la valve. Suivant une première forme deméalisation de l'installation selon l'invention, le matériau de remplissage est constitué par une charge meuble ou flache de particules métalliques remplissant sensiblement la totalité du réservoir. Mais le matériau de remplis sage peut également etre constitué par des douilles métalliques par des copeaux métalliques, par de la laine d'acier ou par d'autres matériaux semblables. On peut également utiliser, suivant une autre variante, des matières plastiques poreuses ou des flocons de matière plastique ou autres matériaux similaires Dans le cas d'une installation telle que définie ci-dessus, et comportant au moins une valve ou soupape susceptible d'être commandée et servant à surveiller la pression dans le réservoir à air comprimé, il est avantageux de prévoir un organe de comnande ou de contrtle à valeur de retard réglable pour la commande ou la commutation retardée de ladite soupape. Il est également possible d'envisager une installation de ce genre avec une électrovanne comme soupape cormtndable, et dans ce cas, on prévoit, dans le circuit électrique de l'électrovanne, une bobine à inductance réglable. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 montre un réservoir à air comprimé selon 1' inven- tion. Les figures 2a et 2b représentent l'allure de la courbe des pressions en fonction du temps lors d'un abaissement de la pression dans un réservoir sans stabilisation de pression obtenue selon l'invention (figure 2a) et avec stabilisation de pression obtenue selon l'invention (figure 2b). Les figures 3a et 3b représentent respectivement l'allure de la pression en fonction du temps dans un réservoir lors d'une variation de la pression par palliersdans un circuit de régulation de la pression sans stabilisation de pression (figure 3a) et avec stabilisation de la pression (figure 3b). La figure 4 est un schéma de princi?e d'un circuit dc régu lation de la session avec stabilisation de la pression selon l'invent ion La figure 5 représente la courbe de la pression en fonction du temps, dans le circuit de régulation selon La figure 4. Dans la figure I, on a représenté schématiquement un réservoir à air comprimé 1 selon l'invention, lequel réservoir est rempli avec un accumulateur thermique se présentant sous la forme d'un matériau de remplissage meuble 2, par exemple des anneaux métalliques, représenté par des petits traits. Les flèches 3 indi quentine direction de ltécoulewent d'expansion. L'idée qui est à la base de l'invention réside dans le fait un gaz s'écoulant, lors de l'expansion, hors du réservoir 1, est en permanence en contact à échange thermique avec le matériau de remplissage 2 et de ce fait sd température atteint celle de ce dernier. Si la capacité thermique du matériau de remplissage est importante par rapport à la capacité thermique du gaz qui s'écoule, la température du matériau de remplissage et, par voie de conséquence, également celle du gaz ne variront qu'insensiblement, malgré la variation de la pression. MEme après l'expansion, et lorsque la valeur de la pression souhaitée aura été atteinte, aucune variation de la température et aucune varias de la pression n auront lieu. Il en va de mtme pour ce qui concerne les accroissements de La pression dans le réservoir dans lequel un accroissement de la température suivi d'un refroidissement entratnant de ce fait une chute non souhaitée de la pression, sont largement évités. Pour un bon échange athermique, il est avantageux que le matériau de remplissage présente une surface importante qu'il peut avoir si le matériau de remplissage est meuble et/ou poreux. Dans une réalisation des plus simples, le matériau de remplissage est distribué uniformEment dans le réservoir. Mais il est également possible de répartir le matériau de remplissage de telle manière que sa capacité thermique croisse de telle manière en direction de la sortie du réservoir que l'on ait, à l'intérieur du réservoir, une répartition uniforme de la température. Le matériau de remplissage peut entre constitué par des copeaux métalliques, par des réglettes métalliques, par la laine d'acier, par des grains ou des flocons de matière plastique. Avantageusement, le matériau de remplissage possède une bonne conductibilité thermique ou une faible résistance à la transmission ther mique, en sorte que l'échange thermique avec l'air puisse se faire assez rapidement. Le matériau de remplissage doit également présenter une section de passage suffisamment grande pour l'air, afin de ne pas entratner une résistance à l'écoulement. Le matériau de remplissage doit donc avoir pour l'air un effet d'étranglement aussi faible que possible. Les figures 2a et 2b représentent la courbe des pressions en fonction du temps, lors d'une chute de la pression dans un réservoir. La figure 2a montre un diagramm* de mesure de l'allure de la pression dans un réservoir courant. Une pression stationnaire p1 est abaissée, à l'instant tl, par ouverture d'une soupape ou azure vanne à une pression 72. Lorsque la pression p2 est atteinte, on ferme la vanne. Le gaz refroidi par expansion dans le réservoir s'échauffe par échange thermique avec la paroi du réservoir, ce qut conduit, apres que soit atteint un état stationnaire,un accrois sement de la pression d'une valeur r. plw La figure 2 représente un diagramme de mesure de l'allure de la pression dans un réservoir comportant une stabilisation de la pression selon l'invention. Xh raison du bon échange thermique qui apparatt déjà pendant l'expansion, et par suite de la capacité thermique importante de l'accumulateur thennique, seule une très faible variation de température peut intervenir, en sorte que la variation de pression qui en résulte ne peut avoir que la valeur très faible ss p2 par rapport à t pl Par une réalisation correspondante de l'accumulateur thermique, on peut abaisser la valeur de la variation de pression à des valeurs pratiquement négligeables pour les différents cas d'application. De plus, le réservoir à pression peut également être pourvu de nervures de refroidissement sur sa face extérieure. La figure 3a montre un diabramms de mesure de 1' allure de la pression en fonction du temps dans le cas d'une variation de la pression en forme de paliers,dans le cadre d'un réservoir conforme à l'invention dont la pression est contralée par un circuit de régulation. Cette courbe qui, dans le cas idéal, crott et décrit en forme d'escalier, montre nettement La chute ou l'accroissement de la pression, pour des motifs thermiques, après sue soit atteinte la pression de référence et que le régulateur soit mis en service. La variation de la pression au niveau des différents paliers est limitée par le seuil de réponse du régulateur qui possède une certaine bystérèse. La figure 3b montre, comme la figure 3a, l'allure de la pression avec une stabilisation de la pression conforme à l'invention. L'allure de la courbe correspond sensibilement à l'allure idéale d'une courbe en paliers L'accroissement ou la chute de la courbe sir les différents paliers ou gradins est réduite au point qu'un postréglage non souhaité n'a plus lieu. La hauteur différente des différents gradins lors de la montée ou de la chute en pression correspond à llhystérese (H) du régulateur utilisé. Dans la figure 4, on a représenté schématiquement un régulateur de pression conforme à l'invention, et présentant une stabi irisation en pression. Un réservoir sous pression 4 est relié, par une conduite 5, à une charge non représentée. Par l'intermédiaire des conduites de raccordement 6, 7, le réservoir sous pression 4 est rempli ou vidé. Pour commander le remplissage et le vidage du réservoir 4, on a monté dans les conduites de raccordement 6, 7, des électrovannes 8, 9. Dans les conducteurs électriques servant à la commande des électrovannes 8, 9, on prévoit, selon l'invention, des éments retardateurs qui, selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, sont constitués par des bobines 10, 11 à inductance variable ou réglable, disposées entre les électrovannes 8, 9 et un régulateurs électronique 12. Les éléments à retard peuvent, bien entendu, être montés dans le régulateur électronique 12, en amont ou en aval de son dernier étage. La pression du réservoir 14 est mesurée à l'aide d'un pressostat électropneumatique 13 quiest relié électriquement au régulateur 12. Les bobines de self 10, ll sont shuntées par des diodes 14, 15 montées dans la direction du passage du courant afin de diminuer le retard à la commutation lors de la mise en circuit des électrovannes. Le mode de fonctionnement du circuit de régulation selon la figure 4 sera décrit avec référence à la figure 5. Si l'on suppose que les bobines de self 10, 11 sont remplacées par un simple morceau de conducteur normal, il s'agit, dans le schéma de la figure 4, d'un circuit de régulation classique dont le mode de fonctionnement est connu. Les bobines de self 10, 11 provoquent un retard pour une impulsion de commutation provenant du régulateur 12, en sorte que les électrovannes 8, 9 sont sollicitées avec un retard d'une durée tvl La valeur de tvl peut titre réglée à l'aide de l'inductance réglable des bobines de self. Il est également avantageux que des écarts qui peuvent exister dans l'inductance propre des aimants de connutation des électrovannes soient compensés par un réglage correspondant des bobines de self 10, 11. Le mode de fonctionnement du retard de commutation du à ces bobines de self sera explicité à laide du diagramme de la figure 5 qui représente, en fonction du temps, l'allure de la pression dans le réservoir 4. On suppose que la pression dans le réservoir doit etre aug mentée à la valeur p3 par modification de la valeur de référence du régulateur 12. Pour une vitesse donnée de l'accroissement de la pression, la pression qui règne dans le réservoir 4 atteint la pression p3 à l'instant t3. Le générateur de pression 13 transmet en permanence la valeur instantanée de la pression, en sorte que le régulateur 12 interrompt le courant de comrnarrde de l'électrovanne d'alimentation 8 lorsque la pression p3 est atteinte. Eh raison de l'inductance propre de l'aimant de commutation, l'électrovanne 8 reste encore passagèrement ouverte, et cela jusqu'à l'instant t4, dans la mesure où aucune self 10 n'est prévue dans le conducteur de contrtle ou de commande.Le retard de commutation du à l'inductance propre de l'aimant de commutation est désigné par tm L'allure de la courbe due aux causes thermiques indiquées ci-dessus, suit, dans ce cas, la courbe représentée en traits in- terrompus. A l'instant t6 ou t7, le seuil de commutation du régulateur est atteint, ce qui a pour conséquence la mise en route du régulateur. La bobine de self 10 provoque un accroissement supplémentaire de la durée de commutation, d'une valeur de tvl, en sorte que le retard de commutation total atteint la valeur tv. La pression suit maintenant la ligne tracée en traits pleins. Après que soit atteint le seuil de commutation p3, la pression croit jusqu'à l'instant t5. Ce n'est qu'après que l'électrovanne 8 se ferme. En raison des effets thermiques ind t ués ci-dessus, la pression baisse à nuveau, sans toutefois atteindre encore une fois le seuil de commutation, en sorte que l'on peut éviter une seconde sollicitation ou réponse du régulateur 12. Ce processus se répète également dans le cas d'une chute de la pression.Les inductances correspondantes et avec elles les durées de retard tv, de mEme que les seuils de réponse p3, p4 du régulateur pour l'ouver- ture ou la fermeture de l'électrovanne d'alimentation ou de désaération doivent entre choisis de telle manière que pour un accroissement de pression prédéterminé ou une vitesse de la chute de la pression prédéterminée, la pression se situe, pendant l'intervalle dans la plage entre p3 et p4, car dans le cas contraire, le circuit de régulation serait instable. Il peut etre avantageux de combiner les mesures susmentionnées proposées par l'invention et de munir le réservoir 4 du circuit de régulation selon la figure 4 avec un accllnulateur thermique selon la figure 1. Ia durée de retard t peut alors etre choisie à une valeur plus faible Les précisions de commutation et les vitesses de commultation qui peuvent titre atteintes peuvent alors titre améliorées davantage. R E V E N D I C A T I G N S 1 - Installation pour commander l'air comprimé, en particulier pour des freins à air comprimé de véhicules sur rails, du type comportant au moins un réservoir à air comprimé, notamment le réservoir de cmtrble d'installations à robinet de frein du mécanicien, contrôlé en pression, caractérisée par le fait que le réservoir contient un matériau de remplissage servant d'accumulateur thermique et possédant, du fait de sa surface importante par rapport à l'air, une grande capacité thermique au moins à sa surface, la chaleur etant évacuée à l'environnement, et par le fait que le matériau de remplissage oppose à l'air comprimé une résistance très faible. 2 - Installation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le matériau de remplissage (2) est constitué par une charge meuble de particules métalliques, remplissant totalement le réservoir. 3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le matériau de remplissage (2) est constitué par des douilles métalliquea, par des copeaux métalliques, par de la laine d'acier et autres matériaux similaires. 4 - Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le matériau de remplissage (2) est constitué par une matière pLastique à grands pores, par des flocons de matière plastique ou autres matériaux similaires, 5 - Installation, plus particulièrement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, pourvue d'un réservoir à air compri- mé (4) possédant au moins une vanne contrtlable (7, 8) pour surveiller la pression, caractérisée par le fait qu'elle comprend un organe de contrôle ou de commande (10, 11) à valeur de retard réglable en vue d'une commutation retardée de la vanne. 6 - Installation selon la revendication 5, comportant une électrovanne comme vanne réglable ou contrôlable, caractérisée par le fait que l'on prévoit dans le circuit électrique de l'électrovanne une bobine de self à inductance réglable.