Brevet FR2548560A1 — publié le 19850111

La présente invention concerne les machines d'essais dynamiques et notamment pour objet un dispositif vibrant. L'invention peut être appliquée notamment en métallurgie, o elle permet d'élever notablement l'homogénéité de la structure des métaux fondus et des lingots obtenus à partir de ces métaux fondus Le dispositif vibrant faisant l'objet de l'invention est également d'application avantageuse dans l'industrie chimique et en microbiologie pour l'intensification des processus. A l'heure actuelle, on étudie une nouvelle orientation dans le domaine des actions vibratoires exercées sur divers processus de production, notamment sur la formation de la structure des métaux au cours de l'élaboration des alliages, le déroulement des réactions chimiques dans la fabrication 15 des engrais azotés, la formation des structures microbiologiques, etc. On connaît un dispositif vibrant (cf certificat d'auteur URSS N 876 427 Cl Int B 28 B 1/08), comprenant une série de blocs vibrants raccordés par des conduites à un 20 distributeur d'air à tiroir, qui est branché sur une conduite d'alimentation en air comprimé Le distributeur d'air est actionné par un moteur électrique Les blocs vibrants sont montés sur une embase à l'aide de supports élastiques. La présence d'un moteur électrique pour l'entraine25 ment du distributeur ne permet pas d'employer ce dispositif dans les milieux présentant des dangers d'explosion. On connaît un dispositif vibrant (cf certificat d'auteur URSS N 1 085 828, Cl Int B 28 B 1/08) comprenant un corps sur la face en bout extérieure duquel est disposé un 30 élément actif, un piston monté coaxialement dans ce corps de façon qu'il puisse y exécuter un mouvement rectiligne alternatif le long de son axe, ce piston ayant des canaux qui relient sa cavité à une source principale d'air comprimé et à l'atmosphère, les faces dudit piston, les faces intérieures dudit corps et des éléments élastiques placés entre eux formant entre eux deux chambres de travail, et un système de distribution disposé coaxialement dans la cavité dudit piston. Dans ce dispositif connu, le système de distribution d'air est réalisé sous la forme de soupapes électromagnétiques mettant les chambres de travail en communication avec la source d'air comprimé et l'atmosphère Le système est équipé d'un distributeur électrique de phase, auquel les 10 soupapes électromagnétiques sont reliées de telle façon que l'une des chambres de travail soit en commnunication avec la source d'air comprimé quand l'autre est en communication avec l'atmosphère La présence de soupapes électromagnétiques dans le système de distribution d'air du dispo15 sitif vibrant ne permet pas de l'utiliser dans des milieux présentant des risques d'explosion. On s'est donc proposé de créer un dispositif vibrant dont le système de distribution d'air serait conçu de manière-à permettre son utilisation dans les milieux explo20 sifs. La solution consiste en un dispositif vibrant du type comprenant un corps sur la face en bout extérieure duquel est disposé un élément actif, un piston monté coaxialement dans ledit corps de façon qu'il puisse y exécuter un mou25 vement rectiligne alternatif le long de son axe, ce piston ayant des canaux qui relient sa cavité à une source principale d'air comprimé et à l'atmosphère, les faces dudit piston, les faces intérieures dudit corps et des éléments élastiques placés entre eux formant entre eux deux cham30 bres de travail, et un système de distribution d'air disposé coaxialement dans la cavité dudit piston, dispositif dans lequel, d'après l'invention, le système de distribution d'air est constitué par un fourreau pourvu d'un couvercle et dans lequel est monté coaxialement un arbre creux muni d'une cloison transversale et de "n" lumières réparties uniformément suivant sa circonférence de part et d'autre de la cloison, tandis que sur l'arbre creux 5 lui-même est monté un organe pour sa rotation par l'air comprimé provenant d'une source auxiliaire, ledit fourreau comportant des canaux et des gorges circulaires dans l'une desquelles débouchent, dans la zone dudit organe pour la rotation de l'arbre creux, des canaux pour l'amende de 10 l'air comprimé de ladite source auxiliaire, tandis que dans l'autre gorge circulaire débouchent des canaux d'échappement de l'air usé à l'atmosphère, ainsi que des lumières disposées en rangées suivant l'axe du fourreau dans la zone des lumières de l'arbre creux uniformément suivant sa cir15 conférence, chaque rangée comprenant "n" lumières et les lumières de rangées voisines étant mutuellement décalées d'un angle OX = Le dispositif vibrant conforme à l'invention est dlutilisation fiable, de conception simple, et son système de distribution d'air à commande pneumatique rend possible son fonctionnement dans les milieux explosifs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexes dans lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif vibrant conforme à l'invention; la figure 2 représente une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; la figure 3 représente une vue en coupe suivant III-III de la figure 1; la figure 4 représente une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 1; la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale suivant V-V de la figure 4 (arrachement partiel) Le dispositif vibrant comprend un corps 1 (figure 1) sur la face en bout extérieure 2 duquel est disposé un élément actif ou de travail 3 destiné à la fixation d'un organe actif du type à pales ou à plateau (non représenté sur les dessins), qui est plongé dans le fluide à traiter par vibration, par exemple dans un métal fondu Dans la variante examinée, le corps 1 est composite, l'assemblage de ses parties composantes étant réalisé au moyen de boulons 4 A l'intérieur du corps 1 est monté coaxialement un piston ou analogue 5 pouvant éxécuter un mouvement rectiligne alternatif le long dudit corps Des ressort S 6, montés coaxialement aux boulons 4, maintiennent le piston 5 dans le corps 1 Le piston 5 comporte des canaux 7 (figure 2) qui relient sa cavité 8 (figure 1) à la source principale d'air comprimé se trouvant sous une pression Pl (le sens d'arrivée de l'air 20 comprimé est montré sur la figure 2 par une flèche), et des canaux 9 (figure 2) et 10 (figure 3) qui relient sa cavité 8 (figure 1) à l'atmosphère Les faces 11, 12 du piston 5, les faces intérieures 13, 14 du corps 1 et des éléments élastiques annulaires 15, 16 placés entre le 25 corps 1 et le piston 5 forment entre eux deux chambres 17, 18 de travail. Dans la cavité 8 du piston 5 est monté coaxialement un système 19 de distribution d'air, qui comprend un fourreau 20 pourvu d'un couvercle 21 et de gorges circulaires, celles-ci formant avec les parois intérieures du piston 5 des chambres annulaires 22, 23, 24, 25. La chambre 22 est reliée par la canal 7 (figure 2) à la source principale d'air comprimé Les chambres annulaires 23 et 24 (figure 1) sont reliées à l'atmosphère par les canaux 9 (figure 2) et 10 (figure 3), et la'chambre annulaire 25 (figure 1) est réliée par le canal 26 (figures 4, 5) à une source supplémentaire d'air comprimé se trouvant sous une pression P 2 (le sens d'arrivée de l'air comprimé est indiqué par une flèche sur la figure 5). A l'intérieur du fourreau 20 (figure 1) est monté coaxialement un arbre creux 27 supports par des paliers. L'arbre creux 27 comporte une cloison 28 et "n" lumières 29, 30 de part et d'autre Fde cette cloison Dans la variante considérée de réalisation du dispositif, d'un côté de la cloison (du côté supérieur) il y a 4 lumières 29, et de l'autre (côté inférieur), il y a 4 lumières 30. Le nombre "n" de lumières 29, 30 peut être quelconque, étant choisi-en partant de considérations constructives. 15 Un organe 32 pour la rotation de l'arbre creux 27 par l'air comprimé est monté sur l'arbre 27 lui-même, dans la chambre 31 du fourreau 20 Cet air comprimé est fourni par la source auxiliaire et arrive par le canal 26 (figure 5), la chambre 25 et les canaux 33 (figure 1) d'alimentation 20 en air comprimé. L'organe 32 pour la rotation de l'arbre creux 27 est réalisé, dans la variante considérée, sous la forme d'une turbine axiale Dans d'autres cas, cet organe 32 peut être un moteur rotatif ou une turbine tangentielle La chambre 25 31 du fourreau 20 est reliée à la chambre annulaire 23 par les canaux 34 d'échappement à l'atmosphère de l'air usé Le fourreau 20 comporte des lumières 35, 36, 37, 38 (figures 1 à 3) disposées en rangées suivant l'axe du fourreau 20, dans la zone des lumières 29, 30 de l'arbre creux 27, et uniformément répartis suivant sa circonférence. Dans la zone des lumières 29 il y a deux rangées de lumières , 36, à raison de "n" lumières 35 ou 36 chacune (dans la variante considérée N = 4) Dans la zone des lumières 30 il y a deux rangées de lumières 37, 38, à raison de "n" lumières 37 ou 38 chacune Les lumières 35 à 38 (figures 1 à 3) mutuellement voisines suivant l'axe du fourreau 20 (figure 1) sont mutuellement décalées d'un angle C égal à 45 . Le dispositif vibrant est monté sur une embase 39 10 à l'aide de ressorts 40. Le dispositif vibrant proposé fonctionne de la façon suivante. L'air comprimé sous la pression Pl provenant de la source principale arrive par le canal 7 (figure 2) dans la 15 chambre annulaire 22, et l'air comprimé sous la pression P 2 provenant de la source auxiliaire arrive par le canal 26 (figure 5) dans la chambre annulaire 25, d'o il va à la chambre 31 du fourreau 20 en passant par les canaux 33 (figure 1) L'air comprimé sous la pression P 2 arrivant aux 20 pales de la turbine axiale fait tourner l'arbre creux 27. Ensuite l'air usé passe par les canaux 34, arrive dans la chambre 23, puis s'échappe à l'atmosphère par les canaux 9 (figure 2). Pendant une demi-période de vibration, les lumières 25 29 coïncident avec les lumières 36, et la lumière 30 (figure 3), avec les lumières 38 Dans ce cas, l'air comprimé sous la pression Pl se trouvant dans la chambre annulaire 22 (figure 1) passe par les lumières 36 et la partie supérieure de l'arbre creux 27, séparée par la cloison 28, et entre dans la chambre de travail 17;o la pression monte A ce moment, l'air de la chambre de travail 18 s'échappe à l'atmosphère par la partie inférieure de l'arbre creux 27, les lumières 30, les lumières 38, la 7 2548560 chambre annulaire 24 et les canaux 10 (figure 3), aussi la pression tombe t-elle dans la chambre 18 (figure 1). Sous l'effet de la différence entre les pressions agissant dans les chambres de travail 17 et 18, le piston 5 se déplace vers le bas conjointement avec le fourreau 20, le couvercle 21, l'arbre creux 27 et l'organe 32 de rotation dudit arbre 27, tandis que le corps 1 se déplace avec l'élément actif 3 vers le haut. Pendant la demi-période suivante de vibration, après 10 la rotation de l'arbre 27 d'un angle corps 1 se déplace avec l'élément actif 3 vers le bas. Des ressorts 40 isolent l'embase 39 des vibrations. De la sorte, le dispositif vibrant est un système à résonance à deux masses, dont l'une comprend le piston 5 et le système 19 de distribution d'air, et l'autre, le corps 1 et l'élément actif 3. On règle le dispositif vibrant à un régime de marche proche de la résonance par variation de la pression P 2. L'amplitude des vibrations se règle par variation de la pression P 1, qui détermine directement l'amplitude de la force perturbatrice La raideur des ressorts 6 est calculée pour un régime de marche du dispositif vibrant proche de la résonance. De la sorte, le dispositif vibrant faisant l'objet de l'invention est fiable et de conception simple; il permet de traiter par vibration les fluides explosifs. 2548560 O R E V E N D I C A T I O N Dispositif vibrant comprenant un corps ( 1) sur la face en bout extérieure ( 2) duquel est placé un élément actif ( 3), un piston ( 5) monté coaxialement dans ce corps ( 1) de façon qu'il puisse exécuter un mouvement rectiligne alternatif le long dudit corps, ce piston ( 5) comportant des canaux ( 7, 9, 10) qui relient sa cavité ( 8) à une source principale d'air comprimé et à l'atmosphère, les faces ( 11, 12) dudit piston ( 5), les surfaces intérieures ( 13, 14) du corps ( 1) et des éléments élastiques ( 15, 16) 10 placés entre eux formant deux chambres de travail ( 17,18), et un système de distribution d'air ( 19) disposé coaxialement dans la cavité ( 8) du piston ( 5), c a r a c t e r i S e en ce que le système ( 19) de distribution d'air est constitué par un fourreau ( 20) avec 15 un couvercle ( 21), un arbre creux ( 27) monté coaxialement dans ce fourreau ( 20) et muni d'une cloison transversale ( 28) et de "n" lumières ( 29, 30) réparties uniformément suivant sa circonférence de part et d'autre de la cloison ( 2 $), tandis qu'un organe ( 32) est disposé sur l'arbre 20 creux ( 27) lui-même pour sa rotation par l'air comprimé provenant d'une source auxiliaire, le fourreau ( 20) comportant des canaux ( 33, 34) et des gorges circulaires, dans l'une desquelle débouchent, dans la zone de l'organe ( 32) pour la rotation de l'arbre creux 27, des canaux ( 33) 25 pour l'amenée de l'air comprimé de la source auxiliaire, tandis que dans l'autre gorge circulaire débouchent des canaux ( 34) d'échappement de l'air usé à l'atmosphère, ainsi que des lumières ( 35, 36, 37, 38) disposées en rangées suivant l'axe du fourreau ( 20) dans la zone des lumières 30 ( 29, 30) de l'arbre creux ( 27) et réparties uniformëient suivant sa circonférence, chacune desdites rangées comprenant -2548560 "n" lumières ( 35, 36, 37, 38) et les lumières ( 35, 36, 37, 38) des rangées mutuellement voisines étant mutuellement décalées d'un angle i = r