Brevet FR2556856A1 — publié le 19850621

Systèrne de contr3le de vitesse de pivotement perfec- tionné pour un actionneur à fluide. La présente invention concerne, d'une manière générale, des actionneurs à fluide et, plus spécifi- quement, des actionneurs pneumatiques du type à piston- cylindre. Les actionneurs à fluide et, en particulier, les actionneurs pneumatiques sont d'un usage très ré- pandu à la fois dans des applications commerciales et industrielles. Il est fréquemment souhaitable de faire fonctionner un tel actionneur à une vitesse pré- déterminée comme c'est le cas, par exemple, lorsque l'actionneur est utilisé pour positionner une soupape contrôlant le débit de l'air sous haute pression purgé de la section de décharge du compresseur d'un moteur à turbine à gaz. Dans de telles applications, le fonctionnement d'un actionneur à des vitesses de pivo- tement inférieures à celle souhaitée pourrait être défavorable à un contrôle précis du débit d'air à tra- vers la soupape actionnée. D'autre part, des vites- ses de pivotement supérieures à celle souhaitée pour- raient soumettre les structures de la soupape et de l'actionneur à des contraintes excessives. Dans la technique antérieure, on a tenté de contrôler les vitesses de pivotement d'un actionneur pneumatique en contrôlant l'écoulement d'air en di- rection de ce dernier au moyen d'une servocommande à pression de fluide pourvue d'un seul orifice. Toute- fois, d'une manière générale, on a constaté qu'un ori- fice unique soit ne permettait pas d'assurer un débit suffisant pour faire fonctionner l'actionneur à une vitesse désirée, soit donnait lieu à un débit exces- sif ayant pour conséquence un fonctionnement de l'ac- tionneur à des vitesses de pivotement supérieures à celle souhaitée. Bien que des moteurs à fluide à vi- tesse variable soient connus dans la technique, ces dispositifs sont généralement inadaptables à une uti- lisation dans des actionneurs du type décrit ici. En conséquence, un des objets de la présente invention est de fournir un moyen destiné à contrôler avec précision la vitesse de pivotemenc d'un action- neur à fluide. Suivant la présente invention, la vitesse de pivotement d'un actionneur à fluide du type à piston- cylindre est contrôlée en déclenchant le fonctionne- ment de l'actionneur avec un fluide à une première pression relativement élevée et, ensuite, dès que le mouvement du piston est amorcé, en réduisant la pres- sion de fluide appliquée à l'actionneur afin de con- trôler avec précision la vitesse de pivotement entre- tenue du piston à l'intérieur du cylindre. Il a été déterminé que les vitesses de pivotement ne pouvaient être contrôlées avec précision à l'aide d'une seule pression d'entrée ou d'une seule section d'écoulement d'entrée (comme déterminé.par un orifice unique), étant donné qu'une pression supérieure à celle requise pour entretenir une vitesse de pivotement désirée est nécessaire pour amorcer le mouvement du piston à l'in- térieur du cylindre. Dans la forme de réalisation préférée, la pression d'entrée nécessaire pour entre- tenir le mouvement du piston est abaissée par rapport à la pression d'entrée requise en vue d'amorcer le mouvement de ce dernier en réduisant effectivement la section d'écoulement de l'entrée de l'actionneur. La section d'écoulement est réduite en obturant l'en- trée de l'actionneur à l'aide d'un obturateur pourvu d'un petit orifice de contrôle lors du déclenchement du mouvement du piston de l'actionneur. L'orifice est dimensionné de telle sorte qu'un écoulement à une pression suffisante puisse y passer pour faire fonctionner l'actionneur à la vitesse de pivotement requise. Dans les dessins annexés: la figure 1 est une vue en élévation par- tielle agrandie d'un piston, d'un segment de piston et d'un cylindre utilisés dans un actionneur pneuma- tique spécifique; la figure 2 est une vue semblable à la figure 1, mais illustrant le segment dans une autre orientation par rapport au piston; la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 1, mais illustrant le segment dans une autre orientation encore par rapport au piston; la figure 4 est une vue en coupe d'un ac- tionneur pneumatique suivant la présente invention, avant le mouvement de son piston; et la figure 5 est une vue semblable à la figure 4, mais montrant un pivotement du piston. En se référant à la figure 1, la présente invention concerne un actionneur à fluide du type à piston-cylindre appartenant à n'importe quelle variété connue, actionneur dans lequel le piston 10 est disposé à l'intérieur d'un cylindre 15 et peut se déplacer longitudinalement par rapport à ce der- nier dans les directions indiquées par la double flè- che 20. Le piston 10 est pourvu de la manière habi- tuelle d'une gorge 25 dans laquelle vient se loger un segment de piston 30, ce dernier étant poussé ra- dialement vers l'extérieur contre la paroi latérale du cylindre 15 par une bague d'expansion 35. Le pis- ton est monté sur une tige 40 par n'importe quelle technique connue et, à une de ses surfaces en bout, il se déplace à l'encontre d'une contrepression P1, l'autre surface en bout du piston étant mise sous pression par une pression de servocommande contrôlée Pservo dont la régulation conformément à la présente invention est étudiée pour assurer le contrôle du mouvement du piston à l'intérieur du cylindre. Comme le montre la figure 1, pour des raisons d'assemblage et de compensation de dilatation thermi- que, le segment de piston 30 et la bague d'expansion 35 ont une épaisseur inférieure à la dimension de la gor- ge 25, de telle sorte qu'un espace libre soit défini entre les surfaces supérieures du segment de piston et de la gorge. Pour les besoins de l'illustration, on suppo- sera que, tel qu'il est représenté en figure 1, l'ac- tionneur est dans un état d'équilibre, le segment de piston occupant la partie inférieure extrême de la gorge, tandis que l'on désire exciter l'actionneur en vue d'imprimer un mouvement ascendant au piston; la pression Pservo pourrait alors être accrue, de telle sorte que la force ascendante exercée par le fluide sur le piston et le segment à l'intervention de cette pression Pservo surmonte la force descendante qui leur est appliquée à l'intervention de la contre-pression Pi. On a constaté que, dans les actionneurs pneuma- tiques, une élévation de la pression Pservo avait spé- cifiquement pour effet de soulever le segment de pis- ton et la bague d'expansion à l'intérieur de la.gorge avant de déplacer le piston lui-même. Cet état de choses est illustré en figure 2. Comme le montre cette figure, lorsque la pression Pservo est élevée à une valeur suffisante pour déplacer le segment de piston vers le haut, mais non le piston lui-même, un parcours de fuite partant de la base du piston dont il entoure la surface latérale et passant à travers l'intérieur de la bague d'expansion, est établi comme indiqué par les flèches 45. On comprendra alors que, pour exciter le piston 10 en vue de son mouvement ascendant, la pression Pervo doit atteindre une va- servo leur suffisante pour compenser la mise sous pression du piston par la contre-pression Pi, ainsi que les fuites à travers l'intérieur du segment de piston, de façon à soulever ainsi ce dernier vers le côté d'aval de la gorge comme illustré en figure 3. Toute- fois, cette pression peut être sensiblement supérieu- re à celle requise pour entretenir le mouvement ascen- dant du piston à la vitesse de pivotement désirée. Suivant la présente invention, l'actionneur comprend un moyen destiné à appliquer initialement une première pression élevée au piston et au segment afin de déplacer celui-ci en travers de l'espace li- bre défini à cet effet dans la gorge et de déclencher le mouvement du piston; un moyen destiné à supprimer l'application de cette pression élevée au piston et au segment lors du déclenchement du mouvement du pis- ton; et un moyen destiné à appliquer une seconde pres- sion relativement plus faible au piston et au segment en vue d'entretenir le mouvement de mise en action du piston à une vitesse désirée à l'intérieur du cylindre. En se référant à la figure 4, le moyen des- tiné à appliquer la pression plus élevée au piston comprend une conduite de fluide 50 s'étendant axiale- ment à partir du cylindre 15 et comportant, à son ex- trémité inférieure, un épaulement en saillie qui com- munique avec une chambre élargie 60. Cette chambre communique à son tour avec une conduite 62 qui la re- lie à une source 63 de fluide d'asservissement. Dans le cas d'un actionneur pneumatique utilisé dans un avion, la source 63 peut être constituée de l'air de décharge de compresseur purgé d'un moteur à turbine à gaz. Le moyen destiné à supprimer l'application de la pression plus élevée au piston et au segment comprend un obturateur 65 actionné par la tige de piston 40 (plongeur) à son extrémité inférieure et poussé vers le haut par un ressort hélicoïdal 70 rete- nu entre l'obturateur et la paroi inférieure de la chambre 60. L'obturateur 65 est pourvu d'un orifice de contrble 75 qui constitue le moyen destiné à appli- quer la pression plus faible au piston et au segment. Lors de la mise en service, comme illustré en figure 4, dans un état inopérant, le piston 10 repose sur des sièges 80 (bossages) s'étendant vers le haut à partir de la paroi inférieure du cylindre 15. Dans cette position, un prolongement de tige 67 pousse le plon- geur 65 vers le bas, ce qui a pour effet d'écarter ce dernier d'un bossage 55 et d'ouvrir un large passage allant de la source de pression de fluide 63 jusqu'au dessous du piston 10 et du segment 30 en passant à travers la conduite 62, autour du plongeur et à tra- vers la conduite 50. Ainsi qu'on l'a décrit ci- dessus, cette pression plus élevée déplacera le segment de piston 30 vers le haut à l'intérieur de la gorge 25 jusqu'au côté d'aval de cette dernière en déclenchant le mouvement du piston. Dès que le mouvement du pis- ton est déclenché, comme le montre la figure 5, un léger mouvement ascendant de la tige 40 permet, au ressort, de presser le plongeur 65 sur le bossage 55, l'unique passage entre la source de pression de fluide 63 et le piston 10 étant alors constitué de l'orifice de contrôle 75, réduisant ainsi sensiblement la pres- sion Pservo à une valeur correspondant à une vitesse désirée du mouvement entretenu du piston. En conséquence, on constate que la présente invention permet de fournir, à l'actionneur, une pres- sion initiale d'asservissement appropriée pour dépla- cer le segment de piston en travers de la gorge pré- vue à cet effet, cette pression d'asservissement étant automatiquement réduite dès que le mouvement du pis- ton est déclenché en vue d'assurer un contrôle précis de la vitesse de pivotement avec une consommation mini- mum de fluide sous pression. Bien que l'on ait décrit et illustré une forme particulière de la présente invention, on com- prendra que diverses formes de réalisation équivalen- tes de la présente invention apparaîtront d'elles- mêmes à l'homme de métier à la lecture de la descrip- tion ci-dessus et il est entendu que les revendica- tions ci-après couvrent ces modifications dans la me- sure o elles rentrent dans le cadre et l'esprit réel de la présente invention. 25568S3 REVENDICATIONS 1. Actionneur perfectionné comprenant un cylindre (15) dans lequel est disposé un piston (10) pouvant se déplacer longitudinalement par rapport à ce dernier, ce piston (10) comportant, dans sa surface extérieure, une gorge (25) destinée à rece- voir un segment de piston (30), cette gorge (25) ayant une largeur supérieure à l'épaisseur du segment de piston (30) afin d'y définir un espace libre lon- gitudinal, caractérisé par: un moyen destiné à appliquer initialement une première pression relativement élevée au piston (10) et au segment de piston (30) en vue de déplacer celui- ci en travers de l'espace libre et de déclencher le mouvement du piston (10); un moyen destiné à supprimer l'application de cette pression élevée au piston (10) et au segment de piston (30) lors du déclenchement du mouvement du piston; et un moyen destiné à appliquer une seconde pression relativement plus faible au piston (10) et au segment (30) en vue d'entretenir le mouvement de mise en ac- tion du piston (10) et de contrôler la vitesse de pivotement de ce dernier à l'intérieur du cylindre (15). 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à appliquer la pression élevée au piston (10) comprend une conduite de fluide (50) communiquant avec le piston (10) par une de ses extrémités et avec une alimentation de fluide (63) à cette pression élevée, par son extrémité opposée. 3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen destiné à supprimer l'application de la pression élevée au piston (10) et au segment de piston (30) comprend un obturateur (65) pouvant être mis en coïncidence avec la section d'écou- lement de la conduite de fluide (50) par le déclenche- ment du mouvement du piston. 4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé Un ce que l'obturateur (65) est poussé dans la position de mise en coïncidence avec la section d'écoulement de la conduite de fluide (50), cet ac- tionneur comprenant également un plongeur (40) suppor- té par le piston (10) et pouvant venir s'engager sur l'obturateur (65) avant le déclenchement du mouvement du piston en vue d'éloigner l'obturateur (65) de sa position de mise en coïncidence avec la section d'écou- lement de la conduite (50), permettant ainsi l'appli- cation de la pression plus élevée au piston (10) et au segment de piston (30). 5. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen destiné à appliquer une seconde pression relativement plus faible au piston (10) comprend un orifice (75) s'étendant à travers l'obturateur.